手機掃碼訪問本站
微信咨詢
生物素又名維生素H、維生素B7。是含硫的環狀化合物，只有D-生物素(右旋異構體)存在于自然界，且具有生物活性，在飼料中常與賴氨酸結合在一起。生物素亦稱維生素H或輔酶R。1920年Bateman發現大量生卵白對大鼠有毒，1926年Boas描述了中毒癥狀：皮炎、脫毛、肌肉喪失協調作用；并謂肝、酵母有保護作用。1936年Kogl與Tonnis從蛋黃中提出晶體的酵母生長因素，命名為生物素。1940年Gyorgy與duVigneaud證明生物素與抗卵白損傷因子是同一種物質，并分離出生物素。1942年確定了生物素的結構。
生物素，以一種輔酶形式參加多種羧化反應。這輔酶通過賴氨酸-氨基成酰胺鍵與酶蛋白結合。這些酶如乙酰CoA羧化酶，丙酰CoA羧化酶，甲基丙二酰轉羧酶和丙酮酸羧化酶等，能催化將CO2固定到有機鍵中間去。因而缺乏生物素的組織將CO2參合到草酰乙酸以及合成脂酸的能力減少。腸道細菌能合成生物素，因此用一般動物飼養方法不易產生生物素缺乏癥，但若用大量生卵白，或消滅腸道細菌，或用生物素代謝拮抗物，才能造成生物素缺乏。生卵白中含有抗生物素蛋白，分子量約為70 000，是一種糖蛋白。
它是一個由四個順序已知的相同亞基構成；每個亞基含128個氨基酸，能以Ka=1015的結合力與生物素結合。這種異常緊密而又不可逆的結合，似乎說明抗生物素蛋白在卵中有極重要的未知生理功用。然而這種蛋白卻已成為人們抑制含有生物素的羧化酶類的有用工具。在需要生物素的各種動物體內能用氧生物素直接替換生物素而起作用，它并不是在體內轉換成生物素而起作用。實驗動物缺乏生物素時表現皮炎、脫毛和神經系統紊亂。人類沒有缺乏生物素的癥狀。如人為地誘發時則有厭食、惡心、蒼白、皮炎與抑郁等。蛋黃、肝、蕃茄、酵母中富于生物素。
1.參與機體的脂類代謝
生物素參與脂肪酸合成，同時也是長鏈不飽和和脂肪酸正常合成和脂肪酸代謝的必需物質。另外。生物素還與乙酰膽堿的合成和膽固醇代謝有關。
2.參與機體的蛋白質和核酸代謝
生物素在蛋白質合成、氨基酸脫氨、嘌呤合成、氨基甲酰轉移以及亮氨酸、色氨酸分解代謝中起著重要的作用。而且也是多種氨基酸轉移脫羧所必需的。
3.參與機體的碳水化合物代謝
在碳水化合物代謝中。生物素酶參與催化脫羧和羧化反應，是三羧酸循環必需成分。它參與和影響丙酮酸脫羧生成草酰乙酸、蘋果酸轉化為丙酮酸、琥珀酸與丙酸的互變、草酰琥珀酸轉化為n一酮戌二酸的代謝過程。
4.參與其它物質代謝
生物素還作為輔酶成分參與其它營養物質如甲基轉移反應和糖代謝等代謝過程。同時，生物素還與溶菌酶活化和皮脂腺的功能有關；與葉酸、泛酸的代謝密切相關。
生物素的測定方法有：①理化方法，如高效液相色譜(HPLC)法、離子選擇電極法、比色和薄層色法等；②同位素稀釋法，利用抗生物素蛋白的生物素結合特性測定；③微生物法，一般利用乳酸桿菌對生物素有特異需要的特性；④動物試驗法，以試驗動物的增重及肝和血液中丙酮酸羧化酶的活性判定；⑤酶學方法，生物素與啤酒酵母的丙酮酸羧化酶蛋白在體內結合，再測定酶的活性。
生物素是碳水化合物、脂肪和蛋白質代謝中的一種必需輔酶。參與碳水化合物與蛋白質之間的互相轉變、蛋白質和碳水化合物轉化為脂肪。并作為羧化酶的輔酶，轉移羧基和固定二氧化碳。還作為許多酶的輔基，起著羧基載體的作用，在碳水化合物代謝中，固定二氧化碳和脫羧。
當日糧中碳水化合物攝入量不足時，生物素對維持正常血糖水平很重要。它在蛋白質合成、氨基酸脫氨、嘌呤合成和核酸代謝中起著重要作用，也是不同氨基酸分解中的羧基轉移的必需物質。長鏈不飽和脂肪酸的合成和必需脂肪酸的代謝均需要生物素。生物素還與乙酰膽堿的合成和膽固醇代謝有關。
生物素在動物體內以輔酶的形式參與糖、蛋白質、脂肪的代謝過程。生物素是維持動物皮膚、毛、蹄、生殖和神經系統的發育所必需的，還可提高飼料利用率、增重等。缺乏時，生長緩慢，繁殖障礙，出現皮炎、脫毛、皮膚角化等。豬常見皮膚潰爛，口黏膜發炎，腹瀉，痙攣，蹄底裂縫并出血。主要用于維生素H缺乏所引起的病變及營養不良的輔助劑。
方法1：工業合成方法。以富馬酸(2)為起始物，經溴加成、二溴:化物被芐胺取代以及光氣閉環，生成咪唑烷酮順二甲酸(3)，繼而轉變為酸酐(4)并被環己醇開環為外消旋單酯(5)，5用(+)一麻黃堿高收率地拆分為所需的旋光異構體(6)，6的對映體循環返回酸酐(4)。氫化硼鋰還原6中的酯鍵使之成為醇羥基并轉變為所需構型的內酯(7)，用硫代乙酸鉀處理生成硫代內酯(8)，再經格氏反應和脫水得到在側鏈導人頭3個碳原子的中間體(9)。
催化氫化使側鏈烯鍵飽和并立體專一性地確立了第3個手性中心(10)，并用氫溴酸處理成為環锍鹽(11)，利用锍正離子的吸電性在其鄰位碳原子上導人丙二酸酯殘基而得到生物素前體(12)。最后經酸性承解，脫去用來保護兩個氨基的芐基并使丙二酸酯成為二酸并脫羧，制得旋光純的生物素(1)。全過程總收率大于25％，每步反應平均收率在90％以上。
方法2：以L一氨基酸為起始原料的方法。L-氨基酸中以L-半胱氨酸和L-胱氨酸分子最符合生物素結構的要求。1977年以L一半胱氨酸鹽酸鹽(13)為初始反應物，先后用苯甲醛和氯甲酸甲酯處理以保護氨基和巰基(14，15)，15經還原和氧化，分子中的羧基轉變為醛基(17)，再與格氏試劑作用生成側鏈烯丙醇(18)。18與原乙酸三甲酯反應后發生Claisen重排，得到含反式戊烯酸酯倒鏈的中問體(19)經水解開環、溴代和巰基對烯鍵加成，重新組環形成四氫噻吩衍生物(20)。
水解使氨基游離(21)，經重排和成環生成二環化臺物(22)。用疊氮基取代(s 2)22中的溴只獲得16％的所需中間體(23)，23被氫化和水得到二胺(26)，然后用光氣環化為瞇唑烷酮(27)后側鏈成酯(28)，酯鍵還原為醇(29)，酸催化使29成環狀锍鹽(30)。
與11轉變為1的情況相似，30經丙二酸酯處理制得生物素。該合成路線構思新穎，但也存在不少問題，致命的弱點是由疊氮酸鋰對22中的溴進行S 2反應時需的構型反轉產物23僅獲得16％的收率，而不要的E2消除產物24卻有71％的收率。若能找到抑制消除反應的反應條件，或用其它離去基團代替溴，也許能顯著提高該步反應的收率。此外，由25到28的三步反應收率也只有45％。
方法3：以單糖為起始原料的方法。單糖分子具有多個手性中心，是一類來源豐富而經濟的合成生物素的起始原料，文獻上常見者有D-葡萄糖、D-甘露糖、D-氨基葡萄糖和D-阿拉伯糖。前二者同分子結構的差別僅在c 2的構型，D-甘露糖的c 2和c 3羥基在環面同側，更容易實行異丙叉保護，故最早被用作合成生物素的起始原料。將D-甘露糖(47)用丙酮和苯甲酰氯處理得到48，經選擇性水解和鄰二醇失碳氧化生成醛(49)，繼而與wittig試劑反應及加氫獲得50。
酯交換脫去苯甲酰基，恢復半縮醛結構，然后還原和甲磺酰化生成52。硫化鈉使52的兩個甲磺酰氧基離去而形成四氫噻吩結構的化臺物(53)，隨后脫去第二個異丙叉保護基并再次導人兩個甲磺酰基(54)。54經S2反應引入兩個疊氮基(見55)，還原為二胺，經酰化(酰化產物容易分離和純化)后將酰化產物純化再水解回二胺(56)，最后用光氣閉環制得生物素。
[1] 中國醫學百科全書·十七
[2] 生物化學生物素的生理功能及其應用進展
[3] 黃興國, 戚咸理, 賀建華, 等. 生物素及其營養應用[J]. 飼料博覽, 2003 (7): 17-19.[4] 泌尿系統病學詞典
[5] 養豬科學用藥指南
[6] 張逸偉, 曾漢維. 生物素合成的進展[J]. 華南理工大學學報: 自然科學版, 2001, 29(2): 58-65.