Włosy i paznokcie – biotyna

W dzieciństwie miałam małego pieska i wtedy poinformowano mnie o tym, że nie może on jeść surowych jajek, bo wyłysieje. Syndrom „białka jaja kurzego”. Gotowane są nieszkodliwe, a wręcz zdrowe. Po wielu latach dowiedziałam się, że w białku jaja występuje proteina awidyna, która wiąże trwale biotynę i w ten sposób nie dopuszcza do jej wchłonięcia z przewodu pokarmowego także u nas (1). Awidyna po ugotowaniu traci swoje właściwości. Te informacje opierano na obserwacji W.G. Batemana (rok 1916) (2) według, której dieta bogata w surowe jaja powoduje toksyczne objawy u psów, kotów, królików (one w naturze nie jedzą jaj, są weganami) i ludzi. Dziesięć lat później M. Boas i H, Parsons wykazały „szkodliwość białek jaja” stosowanych w diecie szczurów. W1936 roku F. Kögl i B. Tönnis wyizolowali omawianą przeze mnie witaminę z drożdży. Wtedy też powstała nazwa „biotyna” –  od greckiego bios: żyć. Z kolei węgierski naukowiec  P. Gyorgy otrzymaną przez siebie tę samą substancję nazwał w roku 1939 witamina H (z języka niemieckiego: Haar und Haut; włosy i skóra). Kontynuował swoją pracę i 1941 roku wykazał, że substancją wiążącą trwale witaminę H jest obecna w białku surowego jaja kurzego proteina (białko) – awidyna. Podkreślam, że niedobór witaminy H powoduje łysienie, ale suplementacja nią nie poprawia kondycji włosów, paznokci i skóry. Z pozoru wydaje się to paradoksalne, ale w naszym metabolizmie tak bywa. Witamina biotyna (H) jest siódmą z kolei opisaną witaminą rozpuszczalną w wodzie i dlatego jest B₇.

Po prostu biotyna

Biotyna jest pochodną dwóch skondensowanych układów pierścieniowych — imidazolowego i tetrahydrotiofenowego. Jest to kwas heksahydro-2′-okso-2H-tieno-(3,4-d)-imidazolo-2-pentanowy. Związek ten występuje w postaci izomerów, ale tylko D-biotyna jest aktywna biologicznie (6). Witamina H jest trwale związana z białkiem enzymatycznym, staje się jego grupą prostetyczną (zapraszam: „Działanie bez sił witalnych…”).

Biotyna, którą pokazuję na poniższym schemacie jest produkowana przez rośliny, grzyby i bakterie:

Nasza flora jelitowa też jest do tego zdolna, ale nie jest do końca udokumentowane, że może to źródło być wystraczające (3).

Enzymy z biotyną

Wolna biotyna z diety jest aktywnie transportowana z jelita do krwi, a także przez barierę krew-mózg, a następnie jest przyłączana do kilku karboksylaz (enzymy z klasy Syntetaz, czyli wykorzysujących do swego działania energię z ATP; zapraszam: „Działanie bez sił witalnych…”). Białko enzymatyczne to apoenzym, a po przyłączeniu kofaktora to holoenzym. Biotynylacja to przyłączenie biotyny do reszty lizyny w białku enzymatycznym. Katalizuje tę reakcję (biotynylację) odpowiednia syntetaza (syntetaza holokarboksylazy (z ang.: holocarboxylase synthetase, HCS). Niestety zdarza się uwarukowane genetycznie uszkodzenie aktywności tego enzymu. Po przyłączeniu do białka enzymatycznego biotyna staje się grupą prostetyczną enzymu karboksylazy. Na poniższym schemacie pokazuję ten proces (3):

Powstaje u nas pięć holoenzymów z biotyną, pięć karboksylaz, czyli enzymów katalizujących przyłączenie do acylokoenzymów A i pirogronianu jednej reszty karboksylowej (-COOH). Posiłkują się one energią z ATP. Reakcja jest dwuetapowa. Najpierw do reszt biotyny przyłączona jest reszta karboksylowa (karboksylacja reszt biotyny w enzymie), a następnie ta reszta jest przeniesiona na substrat (karboksylacja substratu). W zależności od substratu tworzone są nazwy karboksylaz: karboksylaza acetylo-CoA (są dwie), karboksylaza pirogronianowa, karboksylaza propionianowa i karboksylaza 3-metylokrotonoylo-CoA.   

Karboksylazy acetylo-CoA (z ang.: ACC, acetyl-CoA carboxylase) występują u nazw postaci dwóch izoform ACC1 i ACC2. Rozpoczynają one syntezę kwasów tłuszczowych karboksylując dwuwęglowy acetylo-CoA do trzywęglowego malonylo-CoA. Są one kodowane przez różne geny i mają różną lokalizację (4). Na poniższym schemacie pokazuje powiązania metaboliczne między ACC1 i ACC2 (3):

W zależności od aktywności metabolicznej danej tkanki, narządu przeważa w nim jedna bądź druga forma enzymu, czyli cytoplazmatyczna bądź mitochondrialna, albo występują w zrównoważonej ilości obie. ACC2 wspomaga działanie ACC1 w kierunku syntezy kwasów tłuszczowych (anabolizm).Produkowany przez ACC2 malonylo-CoA hamuje transport kwasów tłuszczowych (acyle) do mitochondriów po to, aby powstrzymać ich katabolizm (b-oksydacja) w sytuacji, gdy są syntetyzowane nowe kwasy tłuszczowe.

Karboksylaza pirogronianowa (z ang.: PC, pyruvate carboxylase) katalizuje powstanie szczawiooctanu, który może być substratem w glukoneogenezie (syntezie glukozy ze związków nie będących cukrami). PC w kombinacji z karboksykinazą fosfoenolopirogronianową (z ang.: phosphoenolopyruvate – PEP – fosfoenolopirogronian) stymuluje tworzenie się fosfoenolopirogronianu z prekursorów zawierających trzy atomy węgla. Omawiana przemiana jest kluczową reakcją glukoneogenezy, w której glukoza powstaje z substratów nie będących węglowodanami, takich jak: pirogronian, mleczan, a także glukoneogenne amino­kwasy. Na poniższym schemacie pokazuję powiązanie PC z ACC1 (3):

Jak widać PC odgrywa obok ACC1 również ważną rolę w lipogenezie. Otóż, jak już wspomniałam acetylo-CoA nie przenika przez błony mitochondrialne. Nie może do nich „wejść” i nie może z nich „wyjść”. W mitochondriach i w cytoplazmie są odrębne „zamknięte” jego pule. W mitochondriach reszta acetylowa ulega najpierw kondensacji ze szczawiooctanem i powstaje cytrynian, jak to zwykle bywa w cyklu Krebsa. Jednak, jeżeli komórka chce syntetyzować kwasy tłuszczowe na przykład z glukozy, a acetylo-CoA nie może przejść do cytoplazmy, gdzie ten proces zachodzi, to wtedy PC przyczynia się do zwiększenia syntezy szczawiooctanu. Z niego powstanie cytrynian, który przemieszcza się z mitochondriów do cytoplazmy, gdzie jest katabolizowany do acetylo-CoA i szczawiooctanu przy udziale enzymu liazy cytrynianowej. Następnie acetylo-CoA może być wykorzystany przy udziale ACC1 do syntezy malonylo-CoA, który rozpocznie syntezę kwasów tłuszczowych .

Karboksylaza propionylo-CoA (z ang.: PCC, propionyl-CoA carboxylase) wykorzysta jako substrat propionylo-CoA pochodzący z katabolizmu aminokwasów (metionimy, waliny i izoleucyny), kwasów tłuszczowych o nieparzystej liczbie atomów węgla oraz cholesterolu do syntezy metylomalonylo-CoA. Z kolei ten związek będzie substratem dla mutazy z witaminą B₁₂ (zapraszam: „Czy jeść witaminy garściami? Witamina krwiotwórcza”), która przekształci go w bursztynylo-CoA i może on stać się substratem w syntezie porfiryn (na przykład: cytochromy, grupa prostetyczna peroksydaz, katalazy, hem). Na poniższym schemacie pokazuje te zależności metaboliczne (3):

Jak widać na schemacie zasięg udziału biotyny w metabolizmie jest bardzo szeroki, ponieważ od różnych grup związków odłączany jest trójwęglowy propionian.

Karboksylaza 3-metylokrotonoylo-CoA (z ang.: MCC, 3-methylcrotonyl carboxylase) przekształca go w kolejny katabolit 3-metyloglutakonoylo-CoA szlaku katabolizmu aminokwasu leucyny (Leu). Dalszy ciąg przemian tego produktu prowadzi do powstania acetylo-CoA i ciał ketonowych. Na poniższym schemacie pokazuję te zależności metaboliczne (3):

Występuje wada genetyczna powodująca brak aktywności tego enzymu.

Cykl biotyny

Oczywiście, jak wszystkie substancje w naszym organizmie i karboksylazy ulegają degradacji. Holoenzym ulega proteolizie do biocytyny (biotyna z resztą lizyny) i małych biotynylo-peptydów. Biocytyna jest hydrolizowana przez biotynidazę do wolnej biotyny i lizyny. I tak witamina H ponownie może być użyta do biotynylacji.

Wolna biotyna z pożywienia, biocytyna lub biotyna uwolniona przez enzym biotynidazę z biotynylowanych peptydów wchodzi w cykl przemian, który pokazuję na poniższym schemacie:

Jak widać biotyna na terenie naszego organizmu jest odzyskiwana i może być ponownie użyta do aktywności karboksylaz. Jeżeli jest w nadmiarze to wydalana jest z moczem. Nie występuje u nas problem z nadmiarem witaminy H, z hiperwitaminozą. 

Biotynidaza (Biotinidase deficiency: MedlinePlus Genetics)

Niestety znany jest dziedziczny niedobór biotynidazy, a jego objawy pojawiają się niedługo po urodzeniu. Wtedy nie może przebiegać recykling biotyny i uwalnianie jej z żywności. Suplementacja witamina B7 czasem może poprawić stan zdrowia. Zdarza się też niedobór biotynidazy o tak zwanym póżnym początku (5, 6). Problemy ze zdrowiem pojawiają się podczas chorób, głodzenie, czy stresu. Wtedy może wystąpić hypotonia, świąd skóry i wypadanie włosów. Podawanie biotyny nie dopuszcza do tych problemów ze zdrowiem. Jeśli mamy wątpliwości to można przeprowadzić test na aktywność biotynidazy w naszym organizmie.

Opisano genetycznie uwarunkowany deficyt biotynidazy i syntetazy holokarboksylazy (HCS). Obie wady genetycznie mogą dawać objawy niedoboru witaminy H.

Inne biotynylacje

Biotyna jest grupą prostetyczną enzymów, a więc na stałe jest związana z białkiem enzymatycznym. Przyłączenie witaminy H do białek enzymatycznych (biotynylacja) jest katalizowane, jak wspomniałam przez syntetazę holokarboksylaz (HCS – z ang. holocarboxylase synthetase). Takiej przemianie mogą ulegać też białka histonowe (składniki chromatyny w chromosomie) (3). W efekcie biotynylacja jest też procesem prowadzącym do udziału biotyny w regulacji ekspresji genów. 

Wpływ biotyny na skórę, włosy i paznokcie                                          Chcę podkreślić, że wrodzone zaburzenia w metabolizmie biotyny (recykling) powoduje między innymi wypadanie włosów i świąd skóry. Jednak u zdrowego człowieka stosującego prawidłową dietę ten problem nie występuje (3, 7, 8).

Jak powstał mit „biotyna – skóra, włosy, paznokcie”? Otóż w USA przeprowadzono przed 1990 rokiem badania kliniczne z podawaniem 2,5 mg biotyny na dobę przez kilka miesięcy, ale bez prowadzenia grupy kontrolnej otrzymującej placebo. Ogłoszono po nich korzystne działanie suplementacji biotyną. Niestety nie ma badań klinicznych przeprowadzonych prawidłowo. Jednak od tamtej pory biotyna jest dodawana do produktów reklamowanych jako te, które mają poprawiać jakość naszej skóry, a szczególnie włosów i paznokci u zdrowych osób. Okazuje się, że witamina H nie musi być stosowana jako uzupełnienie diety, czyli suplement powodujący poprawienie się jakości włosów i paznokci. Oczywiście brak biotyny daje przykre objawy skórne, łysienie. Jednak  nadmiar nasz organizm po prostu usuwa z moczem. Nie wykorzystuje ich.           

Dieta

Bardzo duże dawki witaminy B₇ mogą obniżyć wchłanianie biotyny z przewodu pokarmowego, ale nie są szkodliwe (3). Aczkolwiek zawartość dużej ilości biotyny we krwi może zaburzyć badania diagnostyczne na przykład przy oznaczaniu hormonów (9). Niestety w Polsce suplementy diety zawierają często dawkę biotyny, która wielokrotnie przekracza dzienne zapotrzebowanie. Niestety osoby przyjmujące suplementy zawierające biotynę są szczególnie narażone na ryzyko nieprawidłowych wyników badań. Niewiele osób wie, że przed oceną TSH, czy FT4 i/lub FT3 powinno się odstawić preparaty zawierające biotynę. Jeśli chcemy mieć pewność, że wyniki badań rzeczywiście odzwierciedlają naszą gospodarkę hormonalną, to zgodnie z zaleceniami preparaty biotyny powinniśmy odstawić optymalnie na 2-7 dni przed planowanymi badaniami (9, 10).

Zalecane dobowe spożycie witaminy H u różnych grup wiekowych człowieka (3)

Kobiety w ciąży 30 mikrogramów na dobę, a karmiące 35 mikrogramów na dobę. Nie ma specjalnych rekomendacji dla osób po 50 roku życia.

Zawartość w pokarmach

Najbardziej wydajne naturalne źródła witaminy H to wątroba (gotowana), jaja (gotowane), a niezwierzęce to drożdże, strączkowe, kalafior, ziarna słonecznika, orzechy arachidowe i włoskie. Podaję przykłady zawartości w 100g (lub ml) produktu: kiełki pszenicy – 350 µg, wątróbka – 250 µg, szpinak –200 µg, żółtko jaj kurzych –155 µg, sałata -140 µg, szparagi 120µg,soczewica –100µg, migdały –18µg, brokuły –85µg, kalafior –70µg.

Witamina B7 bierze udział w przetworzeniu żywności w użyteczną dla nas energię i jeśli potrzeba to w syntezie glukozy. Jedno całe jajo kurze, ale oczywiście ugotowane (bez aktywnej awidyny) da nam 13 – 25 mikrogramów biotyny. Dzienne rekomendowane spożycie tej witaminy powinno być na poziomie 30 mikrogramów. Wniosek staje się oczywisty jedzmy zdenaturowane cieplnie jaja kurze, a nasz metabolizm nie ucierpi z powodu braku biotyny, która, jak opisałam jest niezbędna dla kluczowych enzymów naszego organizmu. Biotynylowane enzymy włączają się w przemiany cukrów, lipidów i aminokwasów, a sama biotynylacja dotyka też kwasów nukleinowych, oddziałując na nasz materiał genetyczny.

Literatura

1. Water Soluble Vitamins Clinical Research and Future Applications, ed. O.H. Stanger, Springer 2012 ; ISBN 978-94-007-2198-2)

2. Biotin – Wikipedia

3. Biotin | Linus Pauling Institute | Oregon State University

4. Biotin in metabolism, gene expression, and human disease – León‐Del‐Río – 2019 – Journal of Inherited Metabolic Disease – Wiley Online Library (wum.edu.pl)

5. Biotinidase deficiency: MedlinePlus Genetics

6. www.orpha.ne . Orpha number: ORPHA79241

7. „Nutrition and nail disease”. Clin Dermatol. 28 (4): 420–5. doi:10.1016/j.clindermatol.2010.03.037. PMID 20620759

8. Patel DP, Swink SM, Castelo-Soccio L (August 2017). „A Review of the Use of Biotin for Hair Loss”. Skin Appendage Disord. 3 (3): 166–69. doi:10.1159/000462981. PMC 5582478. PMID 28879195.

9. https://mamhashi.pl/biotyna-i-jej-wplyw-na-poziom-hormonow-tarczycy/

10. Kummer S, Hermsen D, Distelmaier F. Biotin Treatment Mimicking Graves’ Disease. N Engl J Med. 2016 Aug 18;375(7):704-6.