Biotiini eli B7-vitamiini on ureido- ja tetrahydrotiofeenirenkaat sekä valeriaanahappohännän sisältävä orgaaninen yhdiste.Combs, s. 56 Se on vitamiini ihmisille ja useille muille eliöille, joiden siis tulisi saada sitä ravinnosta usein ja kylliksi.
Biotiinia on kylliksi monissa ruuissa, joten sen puutos on ihmisillä harvinaista. Alisaantia voi ilmetä biotiinitonta maitokorviketta saavilla vauvoilla tai aliravituilla ihmisillä. Puutokseen voivat johtaa myös ruuansulatuskanavan imeytymishäiriöt tai raakojen kananmunan valkuaisten toistuva syönti niiden biotiinin imeytymistä estävän avidiinin takia. Puutos voi olla geneettinenkin.
Monet bakteerit ja jotkin kasvit, arkit ja sienet voivat valmistaa biotiinia, mutta mitkään eläinsolut eivät.
Biotiini on prosteettinen ryhmä tietyissä entsyymeissä eli niihin kovalenttisesti sitoutunut ja entsyymitoiminnassa välttämätön aine. Biotiinientsyymit ovat karboksylaaseja: ne muodostavat karboksyylihapporyhmiä sopiviin aineisiin. Eräs biotiinientsyymi on glukoneogeneesin pyruvaattikarboksylaasi. Muissa entsyymeissä biotiini on myös osa rasvahappojen synteesiä, aminohappojen hajotusta ja epäsuorasti energian eli ATP:n tuottoa.
Suositukset ja saanti Suomen valtion ravitsemusneuvottelukunta ei ole esittänyt ravitsemussuosituksia biotiinille.
Euroopan elintarviketurvallisuusvirasto (EFSA) ei ole esittänyt biotiinille vähimmäissaantisuosituksia tutkimustiedon puutteen takia. EFSA on silti antanut arvot riittävälle saannille eli AI-arvot (engl. adequate intake). Nämä ovat arvioita siitä, mikä määrä biotiinia riittää ylläpitämään jonkin väestöryhmän terveenä. Ryhmät on eritelty alla olevassa taulukossa. Eräs ero todellisen vähimmäistarpeen keskiarvon ja AI-arvon välillä on se, että AI-arvon tulisi olla suurempi. + EFSA:n biotiinin AI-arvot mikrogrammoina (µg)IkäMiehet ja naisetRaskaana olevat7–11 kk6401–3 v204–6 v257–10 v25Imettävät11–14 v354515–17 v35≥ 18 v40
Liikasaanti EFSA ei ole asettanut biotiinin päiväsaannille ylärajaa. Biotiini on verrattain turvallinen aine. Niellyt 200 mg annokset tai verenkiertoon pistetyt 20 mg annokset eivät ole aiheuttaneet ihmisillä merkittäviä haittoja. Suuret biotiiniannokset ravintolisänä (esimerkiksi yli 1 mg/vrk) voivat kuitenkin vääristää streptavidiinin ja biotiinin vuorovaikutukseen pohjautuvien laboratoriotestien tuloksia. Tulokset voivat olla liian suuria tai pieniä, ja johtaa siihen, että jokin vakava terveysongelma jää toteamatta. Vääriä tuloksia voi ilmetä esimerkiksi kilpirauhashormonien veripitoisuuksien mittauksissa. Tavallisen ruuan biotiinipitoisuudet taas eivät ole ongelma.
Biotiinin myrkyllisyyttä kuvaava LD50-arvo on rotille suun kautta yli 354 mg/kg.
Puutos Syyt Biotiinipuutos on ihmisillä ja muilla eläimillä harvinainen tila, sillä biotiinia on kylliksi monissa ruuissa. Ihmisillä puutosta on ilmennyt esimerkiksi kehitysmaiden aliravituilla lapsilla, raakoja kananmunan valkuaisia toistuvasti ja pitkään syöneillä (munissa on biotiinin imeytymistä suolistossa estävää avidiinia), biotiinia sisältämätöntä äidinmaidonkorviketta saaneilla vauvoilla ja niillä, joilla suoliston imeytyminen on vakavasti häiriintynyt esimerkiksi lyhytsuolioireyhtymän takia. Tietyt epilepsialääkkeet voivat pitkäaikaiskäytössä altistaa puutokselleZempleni, s. 367-373 – esimerkkejä ovat fenobarbitaali, fenytoiini ja karbamatsepiini, jotka syrjäyttävät biotiinia biotinidaasista.
Puutos voi olla myös geneettinen ja johtua biotinidaasi- (EC-numero 3.5.1.12), holokarboksylaasisyntaasi- (EC 6.3.4.10) ja SMVT-proteiinien toiminnan heikentymisestä johtuen niiden geenimutaatioista. Geenit ovat vastaavasti BTD, HCS ja SMVT. Biotinidaasi vapauttaa suolessa biotiinia ravintoproteiineista, joten sen toiminnan heikentyminen alentaa ravinnon pääosin proteiineihin sitoutuneen biotiinin saatavuutta. Oireet alkavat alle vuoden iässä. Hoitona toimivat yleensä biotiinilisät 5–20 mg päiväannoksin. Annostelua jatketaan loppuelämä. Holokarboksylaasisyntaasi liittää biotiinia sitä tarvitseviin karboksylaaseihin ja sen puutosta hoidetaan samoin. SMVT kuljettaa biotiinia solukalvojen läpi suolistossa ja muualla elimistössä. SMVT-puutoksen hoitona voivat toimia myös suuret biotiiniannokset. Puutosoireita voi ilmetä harvoin myös jonkin biotiinikarboksylaasin mutaation takia (esim. pyruvaattikarboksylaasin). Tällöin oireet poikkeavat yleisestä biotiinipuutoksesta.
Oireet Keho ylläpitää biotiinin normaalipitoisuuksia keskushermostossa mahdollisimman pitkään. Siksi ravintoperäisessä biotiinipuutoksessa ensioireet eivät usein ole keskushermostollisia. Ihmisillä puutosoireina ilmenee hiusten ohenemista ja vaalenemista. Kasvojen ihonalainen rasva voi jakautua epätavallisesti. Iholla voi ilmetä hilseilevää ja punertavaa ihottumaa – aluksi silmien, nenän ja suun ympärillä, josta se pitkittyneessä puutoksessa voi levitä muidenkin kehon aukkojen, kuten korvien ja sukupuolielinten lähelle. Aikuisilla voi ilmetä masennusta, väsymystä, poikkeavia ihotuntemuksia (parestesiaa), syrjään vetäytyvää käytöstä ja harhoja. Vauvoilla ilmenee lihasheikkoutta (hypotoniaa), väsymystä, henkisen kehityksen hidastumista sekä karvojen lähtöä.
Biotinidaasipuutos ilmenee vauvana ja pääoireina ovat karvojen lähtö, ihottumat, asidoosi (virtsan ja veren happamoituminen), kuulo- ja näköhäiriöt. Holokarboksylaasisyntaasipuutos ilmenee varhaisemmin ja sen oireet voivat vakavissa muodoissa olla biotinidaasipuutosta pahempia, mutta lievinä lähes samoja. Oireina ovat pääosin syömisvaikeudet, paheneva enkefalopatia ja asidoosi.
Puutoksissa ilmenevä asidoosi johtuu biotiinia prosteettiseksi ryhmäksi vaativan pyruvaattikarboksylaasin toiminnan vähentymisestä. Entsyymi käsittelee pyruvaattia, joka tässä tilassa alkaa kertyä ja muuntuu maitohapoksi. Maitohappoasidoosi on pääasiallinen hermosto-oireiden aiheuttaja. Iho-oireet taas johtuvat rasvahapposynteesin heikentymisestä, joka puolestaan johtuu asetyylikoentsyymi-A-karboksylaasien toiminnan vähentymisestä.
Ruokapitoisuudet Monissa ruoka-aineissa on pieniä määriä biotiinia. Sardiinit, kaura ja kananmuna sisältävät poikkeuksellisen paljon biotiinia. Kaikkein parhaita biotiinilähteitä ovat maksa ja hunajamehiläisten kuningatarhyytelö, jonka biotiinipitoisuus on yli 400 mikrogrammaa sataa grammaa kohden. Ruuissa biotiini on usein sellaisenaan tai biosytiininä, joka on proteiineissa lysiinistään kiinni kovalenttisesti.Combs, s. 331–341
Alla olevan taulukon pitoisuudet on mitattu happohydrolysoiduista ruokanäytteistä bakteerien kasvun avulla. Joissakin kokeissa taas mitataan happohydrolysoitujen näytteiden biotiinipitoisuuksia avidiinin ja HPLC:n avulla. Mikrobikokeet voivat yliarvioida biotiinipitoisuuksia suhteessa tarkempiin HPLC/avidiini-kokeisiin. + Ruokien biotiinipitoisuuksia (µg/100 g)Viljat ja jauhotVihannekset ja juureksetPavut ja pähkinätMaitotuotteetKaakaojauhe, sokeriton26,8Bataatti3,5Kidneypapu, kuivattu8,1Camembert3,5Kaurahiutale16,8Chili, punainen84,0Kikherne, kuivattu25,5Cheddarjuusto2,5Ohraryyni3,6Herne, pakastettu2,5Maapähkinä, paahdettu81,0Goudajuusto1,0Perunajauho2,9Keltasipuli1,7Manteli, kuivattu32,9Jugurtti, täysrasvainen1,9Riisi, tumma3,2Keräkaali2,2Pistaasipähkinä, paahdettu27,4Kerma0,2Riisi, valkoinen2,0Kukkakaali10,0Saksanpähkinä, paahdettu15,5Maito, rasvaton, vähä- tai täysrasvainen2,7–3,0Vehnäjauho0,9–2,5Kurkku1,9Seesaminsiemen, kuivattu5,3Parmesaani2,7Hedelmät ja marjatLehtisalaatti2,3–5,7Soijapapu, kuivattu21,9Raejuusto2,4Ananas0,2Munakoiso2,2Voipapu, kuivattu10,0Voi, suolalla tai ilman0,4–0,7Appelsiini0,6–0,7Nauris1,9Liha ja kalaMuutAvokado4,3Paprika2,7Kana, maksa227,4Hunaja2,2Banaani2,5Parsakaali6,5Kana, siipi tai jalka, iholla2,6–2,9Kahvi, suodatin, valmis juoma2,3Kiivi1,4Persilja6,0Makrilli6,9Kananmuna, keitetty15,9Kirsikka0,7Peruna1,8Nauta, filee1,4Kananmuna, keltuainen57,0Mango1,8Pinaatti4,0Nauta, maksa61,2Kananmuna, valkuainen7,4Mansikka2,2Porkkana2,6Nauta, munuainen56,4Kuivahiiva88,2Mustikka1,2Retiisi4,2Sardiini, öljyssä20,3Oliiviöljy0Omena1,6Selleri1,7Sika, kyljys tai kinkku1,5–1,7Punaviini1,4Päärynä0,3–0,9Tankoparsa3,6Sika, maksa54,5Rapsiöljy0Satsuma0,9Tomaatti1,7Tonnikala2,6Soijaöljy0Viinirypäle0,9Valkosipuli1,2Tyynenmerenturska1,7Valkoviini0,5
Kemia pienoiskuva|D-(+)-Biotiini. Kuvassa näkyy bisyklisen rakenteen taipunut konformaatio. D-(+)-Biotiinilla on tasomainen typpeä sisältävä ureidorengas. Tässä on kiinni taipunut tetrahydrotiofeenirengas, jonka rikin viereisessä hiilessä on valeriaanahapporakenne. Kaksoisrengasrakenne on taipunut venemäiseen konformaatioon. Biotiinissa on 3 kiraliakeskusta eli sillä on 8 stereoisomeeriä (23), mutta vain (3aS,4S,6aR)-isomeeri toimii eliöissä vitamiinina. Se muodostaa valkeita tai värittömiä neulasmaisia kiteitä. Se on liukoinen veteen, erityisesti kuumiin tai heikosti emäksisiin vesiliuoksiin, mutta liukenee hyvin myös etanoliin. Biotiini on vähäliukoinen dietyylieetteriin ja kloroformiin. Kiinteä biotiini ei hajoa huoneenlämmössä, ilmassa tai juurikaan auringonvalossa. Se hajoaa voimakkaassa UV-säteilyssä, hapettimissa ja vahvoissa hapoissa tai emäksisissä. Biotiinin tiheys on 1,41 g/cm3 ja sen kiteet ovat rombisia, joiden irtotiheys on 0,23–0,55 g/cm3.
Analyysi Luonnosta saatujen näytteiden biotiinipitoisuudet ovat pieniä, eikä biotiinissa ole voimakkaita kromoforeja, joten sen pitoisuuksia ei voida mitata suoraan spektrofotometrisesti. Luonnollisia pitoisuuksia suurempia pitoisuuksia voidaan mitata 4'-hydroksiatsobentseeni-2-karboksyylihapolla (HABA, CAS-numero 1634-82-8), joka muodostaa vain biotiinia sitomattoman avidiinin kanssa ei-kovalenttisia komplekseja, joiden absorptiomaksimi on 500 nm – intensiteetti on siis likimain kääntäen verrannollinen suhteessa biotiinipitoisuuksiin.
Luonnon pieniä pitoisuuksia taas mitataan esimerkiksi mikrobien avulla tarkkailemalla niiden kasvua. Joidenkin mikrobien kohdalla näytteen proteiinisitoutunut biotiini tulee hydrolysoida vapaaksi ennen kasvukoetta. Pitoisuuksia mitataan myös avidiinin, streptavidiinin tai muiden samanlaisten proteiinien avulla: näytteen tuntemattoman määrän biotiinia annetaan sitoutua avidiiniin tai sen jodannaiseen kilpailevasti isotooppileimatun biotiinin kanssa, jota on lisätty näytteeseen tunnettu määrä. Testi voi kuitenkin aliarvioida pitoisuuksia, sillä biotiinijohdannaisten sitoutuminen avidiiniin tai sen johdannaisiin on heikompaa kuin itse biotiinin.
Johdannaiset Biotiinilla on monia johdannaisia, joista keskeisimpiä on alla taulukossa. + Biotiinijohdannaisia250pxNimiXnzYCAS-numeroBiotiiniS22COOHBiosytiiniS22CONH(CH2)4CH(NH2)COOH576-19-2BiotiinisulfoksidiSO222COOH3376-83-8BiotiinisulfoniSO22COOH40720-05-6BiotinoliS22OH53906-36-8α-DehydrobiotiiniS21COOH10118-85-1Detiobiotiini2 H22COOH15720-25-9HomobiotiiniS32COOH1784-22-1NorbiotiiniS12COOH669-72-7OksibiotiiniO22COOH14474-91-0SelenobiotiiniSe22COOH57956-29-3
Valmistus Biotiinia tuotetaan kaupallisesti kemiallisin synteesein, mutta ei käymisellä mikrobien avulla. Synteesireittinä käytetään nykyään esimerkiksi ns. Goldberg-Sternbach-synteesimenetelmän muunnelmia. Reitissä voi olla noin 10 reaktiovaihetta ja yhtenä lähtöaineista käytetään usein fumaarihappoa.
Toiminta eliöissä Biotiini on tiettyjen karboksylaasi-entsyymien prosteettinen ryhmä (katso kohta Liitos karboksylaaseihin). Näissä vetykarbonaatti siirtyy biotiinin ureidorenkaan valeriaanahappohännästä kauimmaiseen typpeen väliaikaisesti sitoutuneena CO2:na karboksylaasin käsittelemään molekyyliin karboksyylihapporyhmäksi. Biotiini on kiinni valeriaanahapponsa karboksyylihaposta karboksylaasien tiettyihin lysiineihin amidisidoksella. Nisäkkäillä biotiinikarboksylaaseja on 5, ja niitä ovat pyruvaattikarboksylaasi. Tämä tuottaa mitokondrioissa pyruvaatista oksaloasetaattia sitruunahappokierrossa. asetyylikoentsyymi-A-karboksylaasit 1 ja 2. Nämä ovat vastaavasti solulimassa ja mitokondrioissa osana rasvahapposynteesiä liittäen asetyyli-CoA:han vetykarbonaatin malonyyli-CoA:ksi.