الكيمياء والخصائص

يتألف البيوتين من حلقتين ملتحمــتين، الإيميدازول والثيوفين، مع ارتباط حمض الفاليريك إلى حلقة الثيوفين كما يظهر في الشكل (1) الذي يعرض أيضاً بنية الشكل التميمي الفعـــال (أو المجموعة الضميمة)، وهـو البيوسيتين biocytin أو التميم R ( ليزين البيوتينيل)، والذي يتشكل من ارتباط كربوكسيل حمض الفاليريك من البيوتين برابطة أميدية مع المجموعة الأمينية إيبسلون من ثمالة ليزين موجودة في الإنزيم.

الشكل (1) بنية البويتين وتميمه البيوسيتين ، والمركب الوسيط كربوكسي البيوسيتين الذي يتشكل خلال تفاعلات الكرسلة ( انظر الشكل التالي ) .

الوظائف

 البيوسيتين هو المجموعة الضميمة للإنزيمات التي تحفّز تفاعلات تثبيت ثاني أكسيد الكربون CO₂ وتُسمى إنزيمات الكَرْسَلة أو إنزيمـــات إضافة الكربوكسيل carboxylases. وتتم هذه التفاعلات على مرحلتين الشكل (2) حيث يرتبط CO2 في المرحلة الأولى إلى البيوسيتين (ليتشكل كربوكسي البيوسيتين، الشكل 1) في تفاعل متطلب للطاقة (ATP) ووجود المنغنيز. يتم بعد ذلك نقل الكربوكسيل إلى الركيزة الخاصة للإنزيم ويعود البيوسيتين حراً ليدخل تفاعلاً آخر من جديد. وأهم الإنزيمات التي تحوي البيوسيتين كمجموعة ضميمة هي:

1 - كربوكسيلاز أسيتيل التميم (أ) (الشكل 2) وهو يوجد في عصارة العديد من الخلايا وخصوصاً الكبد والنسيج الشحمي وغدد الثدي خلال الإرضاع، حيث يحفّز هناك أول خطوة في التخليق الحيوي للحموض الدهنية (كجزء من تخليق الشحميات lipogenesis، ومنه، مثلاً، تخليق ثلاثيات أسيل الغليسيرول من الفائض من غلوكوز الطعام لخزنه كمصدر للطاقة يُستخدم لاحقاً.

 2 -كربوكسيلاز البيروفات: وتقوم بتحويل البيروفات إلى الأوكزالوأسيتات الذي يعتبر مركب الانطلاق لحلقة كريبس ويؤمن مصدراً للهيكل الكربوني لتخليق الحموض الأمينية كالأسبارتات والغلوتامات فضلا عن دوره في استحداث الغلوكوز.

 3 - كربوكسيلاز 3 -ميثيل كروتونيل التميم (أ): وتقوم بتحويل هذا المركب خلال السبيل التقويضي لحمض اللوسين إلى 3- ميثيل غلوتاكرونيل التميم (أ).

4 -کربوکسیلاز بروبيونيل التميم (أ): وهو يحفز كرسَلة بروبيونيل التميم (أ) اليساري إلى ميثيل مالونيـــل التميم (أ) اليساري الذي يتحول بعد ذلك إلى سكسينيل التميم (أ) اليساري ويدخل حلقة كريبس إما للأكسدة وإنتاج الطاقة أو للتحول إلى الغلوكــــــوز عــــــبر تشكيل الأوكزالات في عملية استحداث الغلوكوز في الكبد خلال الصيام. يأتي حمض البروبيونيك في الجسم من استقلاب النبيــت البكتيري المعوي وخلال تقويضه للإيزولوسين والفالين والميثيونين والثريونين والسلسلة الجانبية للكوليسترول وأكسدة الحموض الدهنية ذات العدد الفردي من الكربون.

5- مخلقة فسفات الكاربامويل الأولى والثانية : وتحفزان تشكيل فسفات الكاربامويل من ثاني أكسيد الكربون والأمونيا (الأولى، وهي مهمة في حلقة تخليق البولة والتخلص من سمية الأمونيا) أو من ثاني أكسيد الكربون والغلوتامين (الثانية، وهي التفاعل الأول في تخليق النوكليوتيدات البيريميدينة). ويُذكَرُ هنا، وعلى عكس الإنزيمات السابقة (1-4)، أنه لم يتم عزل البيوتين كمجموعة ضميمة من هذين الإنزيمين رغم أن معدلات التفاعلات المحفزة بهما تنقص في عوز البيوتين.

الشكل (2) آلية تفاعل كربوكسيلاز أسيتيل التميم (أ) كمثال على تفاعلات إضافة الكربوكسيل التي يسهم فيها البيوسيتين ( ليزين البيوتينيل ). لاحظ تشكل كربوكسي البيوسيتين كمركب وسيط خلال التفاعل .

كما يلعب البيوتين دوراً في تنظيم دورة الخلية حيث يساهم في إضافة البيوتين إلى بروتينات نووية تلعب دوراً محورياً في هذا التنظيم.

التوافر والاستقلاب

يوجد البيوتين في الخميرة والكبد والكلى ومستخلصات الخميرة والحبوب والمكسرات والشوكولا وبعض الخضار. معظم اللحوم ومشتقات الحليب والحبوب فقيرةً نسبياً، أما الكبد ومح البيضة والحبوب المطبوخة فهي غنيّة .والتخليق من قبل بكتيريا القولون مصدر آخر داخلي المنشأ للبيوتين، وربما يعطى أكثر من المتطلبات اليومية مما قد يفسر ،مع انتشار البيوتين الواسع في الأغذية، ندرة حالات العوز.

ربما يتم امتصاص البيوتين في الجزء العلوي للسبيل الهضمي. ويحتوي بياض البيضة النيئة على بروتين الأفيدين avidin الذي يرتبط بالبيوتين بألفة عالية فتتكون معقدات تمنع امتصاص الأخير، ووحده تمسخ الأفيدين يؤدي إلى تحرير البيوتين. ويكون معظم بيوتين البلازما مرتبطاً بالألبومين والغلوبولينات ألفـــا وبيتا، ويبقى جزء منه حراً. أما تخزين البيوتين فيتم في الكبد ويمكن أن يُطرح حراً في البول.

العوز والفرط

غير معروف إلا مع التغذية الوريدية لعدة أشهر أو تناول شاذ لكميات كبيرة جداً من البيض النيء. كما لا توجد أية دلائل على أن للكميات المفرطة من البيوتين تأثيرات ضارة أو سُمّية.

وقد شملت أعراض عوز البيوتين عند المتطوعين من البشر الضعف العضلي والتعب والاكتئاب والنعاس والغثيان وفقدان الشهية والألم العضلي وفرط الحس دون تغير في المنعكسات أو علامات أخرى للاعتلال العصبي. وهذه الأعراض والعلامات مشابهة لتلك التي تصادف في عوز الثيامين. يصبح اللسان أملس مع فقدان الحليمات أما الجلد فجاف مع توسفات دقيقة حرشفية. كما قد يحدث فقــــر الدم وفرط كوليسترول الدم وتشحّم الكبد (ربما بسبب زيادة تخليق الشحميات).

المتطلبات

المتطلب الغذائي من البيوتين غير معروف بالتأكيد. ويُقدّر أن مدخولاً من البيوتين بين 10 و200 مكغ في اليوم سيكون آمناً وكافياً. وتكون مستويات البيوتين في الدم عند المولودين حديثاً من البشر أعلى مما لدى البالغين، فتركيز البيوتين في دم الحبل السري أكبر مما هو في دم الأم بنحو 35-50%.

قياس مخزون الجسم

يمكن قياس البيوتين في البلازما أو نشاط كربوكسيلاز بروبيونيل التميم (أ) اليساري في الخلايا اللمفاوية ومنسبه (نسبة نشاط الإنزيم قبل حضنها مع البيوتين وبعده) أو 3 - هيدروكسي إيزوفاليرات في البول.