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Vitaminas son micronutrientes esenciales que el organismo no puede producir por sí mismo, sino que deben obtenerse exógenamente, por ejemplo, a través de la dieta. Las vitaminas no pueden producir energía de la misma manera que los azúcares, proteínas y las grasas, sin embargo, regulan el metabolismo del organismo. Es bien sabido que la deficiencia de vitaminas puede provocar muchos problemas de salud; por ejemplo, la deficiencia de vitamina A puede causar ceguera nocturna y sequedad ocular, la deficiencia de vitamina C puede causar escorbuto y la deficiencia de vitamina D puede causar raquitismo, etc. Por lo tanto, es importante consumir vitaminas en la cantidad adecuada para mantener la salud del cuerpo. En los últimos años, ha habido una proliferación de suplementos a base de vitaminas. suplemento nutricional, incluyendo una llamada "biotina", que afirma ser crucial para el crecimiento del cabello y las uñas, la reparación de la piel y el metabolismo de los nutrientes.

Historia de biotina

La biotina, también conocida como vitamina H o coenzima R, pertenece al grupo de las vitaminas B hidrosolubles, y sus múltiples nombres están intrínsecamente ligados a sus 40 años de investigación. En 1916, el bioquímico WG Bateman descubrió que las ratas que consumían grandes cantidades de claras de huevo crudas presentaban pérdida de pelo y daños en la piel. En 1936, los químicos alemanes F. Kögl y J. Kögl descubrieron que la piel de las ratas se dañaba con las claras de huevo crudas. Ese mismo año, los químicos alemanes F. Kögl y B. Tönnis aislaron una sustancia cristalina de las yemas de huevo duro que promovía el crecimiento de la levadura, y la denominaron "biotina". Poco después, en 1937, el científico estadounidense P. György descubrió una sustancia que podía prevenir la dermatitis y la caída del cabello (inducida por la alimentación de ratas con claras de huevo crudas), y la denominó "Biotina" (Biotin) por las iniciales de "Haut" (piel) y "Haar" (cabello) en alemán. Así, utilizando las iniciales de las palabras alemanas para piel y cabello, "Haut" y "Haar", la sustancia recibió el nombre de "Vitamina H". Cabe destacar que el bioquímico estadounidense F. E. Allison y colaboradores también aislaron en 1933 una sustancia de la yema de huevo esencial para el crecimiento de Rhizobium leguminosarum, y propusieron que esta sustancia era un cofactor para la respiración, denominándola "coenzima R". Coenzima R". No fue hasta 1940 que P. György y V. Vigneaud, entre otros, demostraron experimentalmente que la llamada biotina, el cofactor R y la vitamina H eran la misma sustancia. Al mismo tiempo, dado que la biotina fue la séptima vitamina B descubierta por los químicos, se la denominó vitamina B7.

Funciones fisiológicas de la biotina

La biotina es un cofactor del sistema enzimático asociado a las reacciones de carboxilación y descarboxilación en el metabolismo corporal, y participa en reacciones de carboxilación, isomerización del glucógeno y síntesis de proteínas. Por lo tanto, la biotina es esencial para la vida, el crecimiento y el mantenimiento de los tejidos epiteliales, así como para la reproducción. Además, desempeña un papel importante en el metabolismo de los carbohidratos, los ácidos grasos, las proteínas y los ácidos nucleicos. En la mayoría de los casos, las personas se preocupan más por su nutrición y salud, y actualmente se reconoce ampliamente que la biotina tiene un efecto positivo en el mantenimiento de la función normal de la piel, las uñas y el cabello, y que su deficiencia provoca adelgazamiento del cabello, pérdida de brillo, canas, caída del cabello, dermatitis y eccema, entre otros síntomas cutáneos. Sin embargo, debido a su amplia disponibilidad (presente en diversos alimentos como yemas de huevo, frutos secos, legumbres, pescado y frutas), la biotina puede consumirse diariamente sin necesidad de suplementos adicionales. Sin embargo, los estudios también han demostrado que la diabetes, el embarazo y la desnutrición pueden provocar deficiencias de biotina, que requieren una suplementación exógena adecuada.

Biosíntesis de biotina

La biotina es sintetizada por plantas y bacterias en la naturaleza para cumplir funciones fisiológicas normales, y tanto plantas como bacterias utilizan el mismo material de partida y ruta de reacción para la síntesis de biotina. Es decir, se utilizan L-alanina 1 y ácido heptanedioico 2 como materiales de partida, y primero, se forma el ácido 7-carbonil-8-aminononanoico 3 a través del proceso de condensación, luego se forma el ácido 7,8-diaminononanoico 4 a través del proceso de transaminación del grupo carbonilo. A continuación, se utiliza la enzima sintetizadora de biotina (biotina sintasa desulfurizada) para sintetizar biotina. La desulfobiotina 5 se obtiene mediante una condensación adicional bajo la acción de la detiobiotina sintasa (DBS) y, finalmente, el producto final se obtiene bajo la acción de la biotina sintasa.

Síntesis química de biotina

Como se mencionó anteriormente, la biotina desempeña un papel importante en la síntesis bioquímica de ácidos grasos, la glucólisis y otras reacciones bioquímicas. Su deficiencia en el organismo humano puede causar diversas enfermedades nutricionales. Además, la falta de biotina en las aves de corral también puede provocar retraso en el crecimiento, enanismo e incluso la muerte. Con el continuo desarrollo de la avicultura y la ganadería, la demanda de biotina como aditivo para piensos ha aumentado drásticamente. Por lo tanto, la síntesis química de biotina es necesaria y urgente.

Hasta ahora, las estrategias de síntesis total de biotina reportadas en la literatura se dividen básicamente en dos tipos, es decir, síntesis enantioselectiva y síntesis estereoespecífica. En la primera, ácido fumárico Se utiliza como materia prima para construir los tres centros de carbono quirales en la molécula mediante síntesis asimétrica u otras técnicas quirales, y luego se somete a una reacción en múltiples etapas para obtener finalmente el producto deseado con suficiente pureza óptica. Otra estrategia consiste en utilizar compuestos quirales como la L-cisteína como materiales de partida y, con la ayuda de los átomos de carbono quirales inherentes a la materia prima, construir la molécula de biotina mediante transformación estructural.

En 1946, los investigadores de Roche, Goldberg y Sternbach, informaron sobre la primera síntesis total asimétrica de biotina. El equipo utilizó ácido fumárico 1 como material de partida, el cual primero sufrió bisbromación, ataque nucleofílico de los átomos de halógeno por bencilamina y posterior reacción con fosgeno para obtener el intermedio 2, que, a través del proceso de deshidratación intramolecular de 2, formó el compuesto anhídrido ácido 3.3 En presencia de anhídrido acético, la reducción parcial del anhídrido con zinc metálico produce el compuesto racemato 4 y una posterior reducción de 4 produce el compuesto 5. Posteriormente, utilizando el reactivo de Grignard, la cadena lateral se introduce en el esqueleto cíclico y, a través de reacciones de eliminación posteriores, se forma el bloque de construcción clave 6. a través de un proceso de hidrogenación estereoselectiva del doble enlace en 6, se obtiene el bloque 7 y a través de un subsiguiente ácido Next, un proceso de escisión y cristalización por etapas que involucra canforsulfonatos quirales conduce al bloque quiral clave 9, y finalmente, una apertura de anillo nucleofílica de 9 y un subsiguiente paso de desprotección en condiciones ácidas usando sal de sodio de malonato de dietilo conduce a la biotina quiral pura final [4]. Cabe señalar que la investigación pionera del equipo de Goldberg y Sternbach sentó una base sólida para el diseño de la ruta sintética industrializada de (+)-biotina, y por lo tanto, esta ruta se conoce como la ruta Hoffmann-La Roche (HLR) en la literatura. En 2001, el grupo de Fen-er Chen mejoró la ruta HLR y abrió una ruta sintética industrializada más completa.

Aplicaciones de la biotina

Además de su uso como aditivo nutricional, la biotina tiene una amplia gama de aplicaciones en la investigación bioquímica. Por ejemplo, la ovoalbúmina de los huevos se une de forma fuerte y casi irreversible a la biotina, lo que permite unir la biotina a moléculas diana y utilizar la ovoalbúmina para realizar pruebas. Asimismo, la biotina presenta baja toxicidad en una amplia variedad de procesos fisiológicos y patológicos, por lo que puede diseñarse como un transportador de fármacos selectivo para la administración eficaz de fármacos anticancerígenos a las células tumorales. Actualmente, se han desarrollado pequeñas moléculas que contienen biotina, conformando una clase de moléculas biofuncionales con gran valor de aplicación. Estos compuestos presentan las ventajas de una síntesis sencilla, una fácil funcionalización y una alta especificidad.

La biotina es un nutriente esencial para el crecimiento y desarrollo biológico, ya que participa en diversas actividades metabólicas del organismo. Se utiliza ampliamente en la alimentación, la medicina, la nutrición animal y la fermentación, entre otros campos, y tiene un impacto significativo en la producción industrial y agrícola, así como en la vida cotidiana. Por ello, ha sido objeto de gran interés para químicos y biólogos en los últimos años. Además, los científicos han comenzado a descubrir que las moléculas de biotina poseen otras funciones completamente nuevas. De este modo, la biotina desempeñará un papel aún más importante en la investigación futura.

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