Vitamin H - biotin

Funkcije biotina su:

• Proizvodnja energije
• Metabolizam masnih kiselina i aminokiselina
• Regulacija gena i stanična signalizacija

Holokarboksilaza sintetaza

Biotin se mora, da bi djelovao, kovalentno vezati na specifične enzime koje se nazivaju karboksilaze, a sam proces vezanja biotina naziva se biotinilacija. Biotin se veže na ε-amino skupinu lizinskog aminokiselinskog ostatka proteina (enzima), čime se stvara biotinil-ε-amino-lizin, tj. biocitin. Ovu modifikaciju katalizira enzim holokarboksilaza sintetaza, a djeluje tako na sve karboksilaze kojima je potreban biotin. Holokarboksilaza sintetaza se nalazi u citosolu i u mitohondriju, dok se sve karboksilaze na koje djeluje ovaj enzim nalaze u mitohondriju, osim acetil-CoA karboksilaze koja se nalazi u citosolu. Nije do danas poznato da li se biotin veže na mitohondrijske enzime prije ili poslije premještanja u mitohondrij.^[1-6]

Biotin kao koenzim karboksilaza

Karboksilaze kojima je potreban biotin za djelovanje uključuju acetil-CoA karboksilazu (I i II), piruvat karboksilazu, propionil-CoA karboksilazu i metilkrotonil-CoA karboksilazu. Sve karboksilaze kataliziraju dvostupanjsku reakciju ugradnje bikarbonata, u obliku karboksilne skupine (-COOH), na supstrat. 

Acetil-CoA karboksilaza

Raspoznajemo dvije acetil-CoA karboksilaze, acetil-CoA karboksilazu I i acetil-CoA karboksilazu II. Acetil-CoA karboksilaza I nalazi se u citosolu i katalizira reakciju karboksilacije acetil-CoA pri čemu nastaje malonil-CoA, proces važan u sintezi masnih kiselina. Acetil-CoA karboksilaza II se nalazi na vanjskoj membrani mitohondrija i kontrolira oksidaciju masnih kiselina u mitohondriju uz pomoć inhibitornog učinka malonil-CoA na prijenos masnih kiselina u mitohondrij.^[1-7]

Piruvat karboksilaza

Piruvat karboksilaza katalizira reakciju karboksilacije piruvata pri čemu nastaje oksaloacetat koji se onda pretvara u fosfoenolpiruvat, te je stoga ovaj enzim bitan za glukoneogenezu. Glukoneogeneza je metabolički put sinteze glukoze iz neugljikohidratnih supstrata kao što su laktat, glicerol i glukogene aminokiseline. Također, oksaloacetat je intermedijer ciklusa limunske kiseline, te se reakcija koju provodi piruvat karboksilaza smatra bitnom anaplerotskom reakcijom. Naime, kada stanica ima višak ATP-a, glavne molekule koja prenosi energiju, tada se oksaloacetat koristi za stvaranje glukoze procesom glukoneogeneze. Međutim, kada stanici nedostaje ATP-a tada oksaloacetat ulazi u ciklus limunske kiseline kojim se stvara energija. Također, piruvat karboksilaza je bitna i za proces lipogeneze, tj. sinteze masnih kiselina koje se sintetiziraju u citosolu, a započinje karboksilacijom acetil-CoA u malonil-CoA. Acetil-CoA nastaje oksidativnom dekarboksilacijom piruvata u mitohondriju te se on stoga mora prenijeti  u citosol. Unutrašnja mitohondrijska membrana ne može propustiti acetil-CoA, pa se u citosol umjesto acetil-CoA prenosi citrat. Djelovanjem enzima citrat liaze iz citrata nastaju acetil-CoA i oksaloacetat. Acetil-CoA se koristi dalje u sintezi masnih kiselina, a oksaloacetat se treba vratiti u mitohondrij. Stoga se oksaloacetat reducira u malat, koji se dalje oksidativno dekarboksilira u piruvat. Nastali piruvat se prenosi u mitohondrij te se karboksilira, uz pomoć piruvat karboksilaze, u oksaloacetat, koji ponovo ulazi u ciklus limunske kiseline. Ovom reakcijom se dobiva i NADPH, koji je također potreban za sintezu masnih kiselina.^[1-7]

Propionil-CoA karboksilaza

Propionil-CoA karboksilaza je važna za metabolizam aminokiselina izoleucina, valina i metionina, čijom razgradnjom nastaje propionil-CoA. Također, važna je i za metabolizam kolesterola te masnih kiselina s neparnim brojem ugljikovih atoma.  Naime, propionil-CoA karboksilaza katalizira proces karboksilacije propionil-CoA pri čemu nastaje metilmalonil-CoA. Metilmalonil-CoA se tada, uz pomoć vitamina B₁₂, izomerizira u sukcinil-CoA. Sukcinil-CoA ulazi u ciklus limunske kiseline čime se proces razgradnje propionil-CoA nastalog katabolizmom aminokiselina i masnih kiselina nastavlja.^[1-7]

β-Metilkrotonil-CoA karboksilaza

β-Metilkrotonil-CoA karboksilaza je važna za katabolizam aminokiseline leucina. Tijekom katabolizma leucina, stvara se -metilkrotonil-CoA, koji se karboksilira uz pomoć β-metilkrotonil-CoA karboksilaze pri čemu nastjae β-metilglutakonil-CoA. β-Metilglutakonil-CoA se dalje katabolizira pri čemu nastaju acetoacetat i acetil-CoA.^[1-7]

Regulacija gena i stanična signalizacija

Histoni su proteini koji se vežu za DNA i pakiraju je u kompaktne strukture, nukleosome, važne strukturne dijelove kromosoma. Međutim, kompaktna struktura DNA se mora opustiti da bi se mogli odvijati procesi replikacije i transkripcije. Poznato je da modifikacija histona, procesima acetilacije (vezanje acetilne skupine) i metilacije (vezanje metilne skupine), utječe na strukturu histona, a time i na procese replikacije i transkripcije DNA. Novija istraživanja pokazuju da biotin također, procesom biotinilacije, ima utjecaj na regulaciju replikacije i transkripcije DNA. Biotin se veže na histone također uz pomoć biotinidaze i holokarboksilaze sintetaze, kao i u slučaju biotinilacije karboksilaza. Svojim vezanjem na histone, biotin zapravo ima važnu ulogu i u proliferaciji stanica, utišavanju gena i popravku DNA.  Međutim, biotin ne utječe samo na stišavanje gena nego i na njihovu ekspresiju. Mnogi od tih gena su uključeni u staničnu signalizaciju. Naime, biotin povećava djelovanje guanilil ciklaze, čime se i povećava proizvodnja cikličkog guanozin monofosfata, važne signalne molekule. Također, biotin potiče ekspresiju (transkripciju) raznih enzima, kao na primjer glukokinaze, enzima koji katalizira pretvorbu glukoze u glukozu-6-fosfat. Ova reakcija je važna za uklanjanje viška glukoze iz krvi i njeno skladištenje u obliku glikogena, a također je bitna i za proces razgradnje glukoze, glikolize.^[1-6,8-10]

^{http://definicijahrane.hr/}