Biotin (Vitamin B7)

Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Biotin (Trivialname: Vitamin B7; Synonyme: Vitamin H, I oder Vitamin Bw) ist ein hydrophiles (wasserlösliches) Vitamin der B-Gruppe und ist chemisch ein heterozyklisches Harnstoffderivat (Abkömmling des Harnstoffs), das aus einem Imidazolidonring und einem Tetrahydrothiophenring besteht, an dem Valeriansäure gekoppelt ist [1, 2, 4-6, 14]. Durch die 3 asymmetrischen C-(Kohlenstoff-)Atome des Biotins ist die Bildung von 8 Stereoisomeren möglich, von denen nur das D-(+)-Biotin in der Natur vorkommt und biologisch aktiv ist [1, 2, 5, 12, 14, 16].

Während Biotin gegen Luft, Tageslicht und Hitze eine hohe Stabilität aufweist, ist das Vitamin gegen UV-Licht empfindlich. Demnach sollte Biotin lichtgeschützt aufbewahrt werden [5, 12, 14].

Synthese

Biotin kann von den meisten Bakterien sowie von vielen Pilz- und Pflanzenarten synthetisiert (gebildet) werden. Dementsprechend ist das Vitamin in der Natur weit verbreitet, deren Konzentration in den Nahrungsmitteln ist jedoch sehr gering [5, 12].

Im menschlichen Organismus sind die Bakterien des Colons (Dickdarms) zur Biotinsynthese fähig. Sowohl das Ausmaß der enteralen Eigensynthese (Bildung von Biotin im Darm) als auch ihr Anteil am Biotinstoffwechsel ist nicht genau bekannt. Da das Vitamin überwiegend im proximalen (oberen) Dünndarm resorbiert (aufgenommen) wird, kann mikrobiell produziertes Biotin nicht ausreichend ausgenutzt werden und geht größtenteils mit den Fäzes (Stuhl) verloren. Schließlich ist davon auszugehen, dass die bakterielle Biotinsynthese für die Bedarfsdeckung nur eine untergeordnete Rolle spielt [1, 2, 5, 12, 14].

Resorption

In der Nahrung liegt Biotin in freier Form, zum größten Teil jedoch an Proteine gebunden vor. Um resorbiert werden zu können, muss Biotin von seinem Bindungsprotein gelöst werden. Während der Nahrungspassage führen Magensäure und Peptidasen (proteinspaltende Enzyme) des Gastrointestinaltrakts (Magen-Darm-Trakts), wie Pepsin und Trypsin, zur Degradation (Zersetzung) von Nahrungsprotein unter Freisetzung von biotinhaltigen Peptiden und Biocytin (Verbindung aus Biotin und der Aminosäure Lysin – Biotinyl-e-Lysin). Biotinylpeptide und insbesondere Biocytin werden im oberen Dünndarmabschnitt durch das Enzym Biotinidase, das im Pankreas (Bauchspeicheldrüse) synthetisiert wird, in freies Biotin und Lysin hydrolytisch (durch Reaktion mit Wasser) gespalten [1, 2, 5, 12, 14, 16].

Die Resorption von freiem Biotin im proximalen (oberen) Dünndarm, vor allem im Jejunum (Leerdarm), erfolgt bei niedriger beziehungsweise normaler Zufuhr aktiv mittels eines Natrium-abhängigen carriervermittelten Transports entsprechend einer Sättigungskinetik. Nach höheren Dosen überwiegt die Aufnahme von Biotin in die Enterozyten (Zellen des Dünndarmepithels) durch passive Diffusion [5, 12, 14, 16].

Die Resorptionsrate aus Lebensmitteln – hauptsächlich proteingebundenes Biotin – wird auf etwa 50 % geschätzt, während die Bioverfügbarkeit nach therapeutischen Dosen – freies Biotin – um 100 % beträgt [12, 16].

Transport und Verteilung im Körper

Absorbiertes Biotin gelangt über einen Carriermechanismus in die Blutbahn, wo es größtenteils in freier Form (81 %) vorliegt und im geringen Umfang kovalent an die Serum-Biotinidase (12 %) und unspezifisch an Plasmaalbumine und -globuline (7 %) gebunden ist [7]. Die Erythrozyten (roten Blutkörperchen) enthalten etwa 10 % der Biotin-Serumkonzentration [12].

Die Aufnahme von Biotin in die Zellen der Zielgewebe erfolgt vermutlich – ähnlich wie die intestinale Resorption (Aufnahme über den Darm) – über einen spezifischen energieverbrauchenden Natrium-abhängigen Carriermechanismus [13].

In den Zielzellen fungiert Biotin als Coenzym bei einer Reihe von Carboxylase-Reaktionen, in denen Carboxy-(COOH-)Gruppen in organische Verbindungen eingefügt werden.

Die kovalente Bindung von Biotin an die e-Aminogruppe von Lysin der Apocarboxylasen wird durch das Enzym Holocarboxylase-Synthetase in folgenden zwei Schritten katalysiert (beschleunigt) [1, 12].

  • Biotin + ATP (Adenosintriphosphat) → Biotinyl-5´-adenylat + PP (Pyrophosphat)
  • Biotinyl-5´-adenylat + Lysinrest der Apocarboxylase → Biotinyl-e-NH2-Lysyl<[Apocarboxylase] (biologisch aktive Holocarboxylase) + AMP (Adenosinmonophosphat)

Im Rahmen des physiologischen Zellumsatzes werden die Holocarboxylasen proteolytisch (durch proteinspaltende Enzyme) abgebaut, wobei neben biotinhaltigen Peptiden vor allem Biocytin entsteht, das durch Einwirkung der intrazellulären Biotinidase zu freiem Biotin und Lysin hydrolysiert (durch Reaktion mit Wasser gespalten) wird. Somit steht Biotin für weitere Carboxylierungsreaktionen (enzymatisches Einfügen von COOH-Gruppen in organische Verbindungen) zur Verfügung [1, 2, 12].

Ausscheidung

Biotin wird überwiegend über die Nieren in freier und metabolisierter (verstoffwechselter) Form ausgeschieden.

Unter physiologischer Zufuhr schwankt die Biotinausscheidung im Urin zwischen 6 und 90 µg/24 Stunden. Im Mangelzustand sinkt die renale Biotinexkretion (Ausscheidung) bis auf 5 µg/24 Stunden ab [8, 9].

Bedingt durch die mikrobielle Biotinsynthese im Colon (Dickdarm), übersteigt die mit dem Urin und den Fäzes ausgeschiedene Menge an Biotin meist die alimentäre (mit der Nahrung) Biotinzufuhr [1, 2, 5, 12, 14].

Die Eliminations- beziehungsweise Plasmahalbwertszeit (Zeitspanne, die zwischen der Maximalkonzentration einer Substanz im Blutplasma auf den Abfall auf die Hälfte dieses Wertes verstreicht) ist von der zugeführten Biotindosis und vom individuellen Biotinstatus abhängig. Sie beträgt bei oraler Einnahme von 100 µg/kg Körpergewicht Biotin etwa 26 Stunden. Bei Biotinidasemangel ist die Eliminationshalbwertszeit bei gleicher Dosierung auf 10-14 Stunden verkürzt [12, 14].

Literatur

  1. Biesalski H. K., Köhrle J., Schümann K. (2002) Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe. Prävention und Therapie mit Mikronährstoffen. Georg Thieme Verlag, Stuttgart
  2. Biesalski H. K., Fürst P., Kasper H. et al. (2004) Ernährungsmedizin. Nach dem Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer. 3. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart
  3. Crisp S.E.R.H., Griffin J.B, White B.R. et al (2004) Biotin supply effects rates of cell proliferation, biotinylation of carboxylases and histones, and expression of the gene encoding the sodium-dependent multivitamin transporter in JAr choriocarcinoma cells. Eur J Nutr; 43: 23-31
  4. Hahn A. (2001) Nahrungsergänzungsmittel. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart
  5. Hahn A., Ströhle A., Wolters M. (2006) Ernährung. Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart
  6. Leitzmann C., Müller C., Michel P. et al. (2005) Ernährung in Prävention und Therapie. Hippokrates Verlag in MVS Medizinverlage Stuttgart GmbH & Co. KG
  7. Mock D.M., Malik M.I. (1992) Distribution of biotin in human plasma: most of the biotin is not bound to protein. Am J Clin Nutr; 56: 427-432
  8. Mock D.M. (1996) Biotin. In: Ziegler E.E., Filer L.J.jr. (ed.) Present knowledge in nutrition, 7 Ed. International Life Sciences Institute Nutrition Foundation. Washington D.C.; 220-235
  9. Mock N.I., Malik M.I., Stumbo P.J. et al (1997a) Increased urinay excretion of 3-hydroxyisovaleric acid and decreased urinary excretion of biotin are sensitive early indicators of decreased biotin status in experimental biotin deficiency. Am J Clin Nutr; 65: 951-958
  10. Mock D.M., Stadler D.D., Stratton S.L., Mock N.I. (1997b) Biotin status assessed longitudinally in pregnant women. J Nutr; 127: 710-716
  11. Mock D.M., Quirk J.G., Mock M.I. (2002) Marginal biotin deficiency during normal pregnancy. Am J Clin Nutr; 75: 295-299
  12. Pietrzik K., Golly I., Loew D. (2008) Handbuch Vitamine. Für Prophylaxe, Beratung und Therapie. Urban & Fischer Verlag, München
  13. Said H.M., Ortiz A., McCloud E. et al (1998) Biotin uptake by human colonic epithelial NCM460 cells: a carrier-mediated process shared with pantothenic acid. Am J Physiol; 275: C1365-C1371
  14. Schmidt E. und Schmidt N. (2004) Leitfaden Mikronährstoffe. Orthomolekulare Prävention und Therapie. 1. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München
  15. Zempleni J., McCormick D.B., Mock D.M. (1997) Identification of Biotin sulfone, bisnorbiotin methyl ketone and tetranorbiotin-1-sulfoxide in human urine. Am J Clin Nutr; 65: 508-511
  16. Zempleni J., Mock D.M. (1999) Bioavailability of biotin given orally to humans in pharmacologic doses. Am J Clin Nutr; 69: 504-508
  17. Zempleni J., Mock D.M. (2000) Utilization of biotin in proliferating human lymphocytes. J Nutr; 130: 335S-337S
  • Seite empfehlen: