مدونة

فيتامينs الفيتامينات هي مغذيات دقيقة أساسية لا يستطيع الجسم إنتاجها بنفسه، بل يجب الحصول عليها من مصادر خارجية، مثلاً من خلال النظام الغذائي. ولا تستطيع الفيتامينات إنتاج الطاقة بنفس طريقة السكريات. البروتينات ومع ذلك، فإن الفيتامينات والدهون تُنظّم عملية التمثيل الغذائي في الجسم. من المعروف أن نقص الفيتامينات قد يؤدي إلى العديد من المشاكل الصحية، فعلى سبيل المثال، قد يؤدي نقص فيتامين (أ) إلى العشى الليلي وجفاف العين، وقد يؤدي نقص فيتامين (ج) إلى داء الإسقربوط، وقد يؤدي نقص فيتامين (د) إلى الكساح، وغيرها. لذلك، من المهم تناول الفيتامينات بكميات مناسبة للحفاظ على صحة الجسم. في السنوات الأخيرة، انتشرت المكملات الغذائية القائمة على الفيتامينات. مكمل غذائي, بما في ذلك مادة تسمى "البيوتين"، والتي تدعي أنها ضرورية لنمو الشعر والأظافر، وإصلاح الجلد، واستقلاب العناصر الغذائية.

تاريخ البيوتين

البيوتين، المعروف أيضاً بفيتامين H أو الإنزيم المساعد R، هو أحد فيتامينات B القابلة للذوبان في الماء، وترتبط أسماؤه المتعددة ارتباطاً وثيقاً بتاريخه البحثي الممتد لأربعين عاماً. في عام 1916، اكتشف عالم الكيمياء الحيوية دبليو جي بيتمان أن الفئران التي تناولت كميات كبيرة من بياض البيض النيء عانت من تساقط الشعر وتلف الجلد. وفي عام 1936، اكتشف الكيميائيان الألمانيان إف. كوجل وي. كوجل أن بياض البيض النيء يُلحق الضرر بجلد الفئران. وفي العام نفسه، عزل الكيميائيان الألمانيان إف. كوجل وب. تونيس مادة بلورية من صفار البيض المسلوق، والتي عززت نمو الخميرة، وأطلقوا عليها اسم "البيوتين". بعد ذلك بوقت قصير، اكتشف العالم الأمريكي بي. جيورجي في عام 1937 مادةً قادرةً على الوقاية من التهاب الجلد وتساقط الشعر (الناجم عن تغذية الفئران ببياض البيض النيء)، وأطلق عليها اسم "بيوتين" (Biotin) نسبةً إلى الأحرف الأولى من كلمتي "Haut" (الجلد) و"Haar" (الشعر) في اللغة الألمانية. وبالتالي، وباستخدام الأحرف الأولى من الكلمتين الألمانيتين "Haut" و"Haar" للجلد والشعر، سُميت المادة "فيتامين H". تجدر الإشارة إلى أن الكيميائي الحيوي الأمريكي إف. إي. أليسون وزملاؤه عزلوا أيضًا مادةً من صفار البيض في عام 1933، وهي ضرورية لنمو بكتيريا الرايزوبيوم ليغومينوساروم، واقترحوا أن هذه المادة عامل مساعد للتنفس، وأطلقوا عليها اسم "الإنزيم المساعد R". لم يُثبت تجريبيًا أن ما يُسمى بالبيوتين، والعامل المساعد R، وفيتامين H هي جميعها نفس المادة إلا في عام 1940 على يد ب. جيورجي وف. فينيو، من بين آخرين. وفي الوقت نفسه، ولأن البيوتين كان سابع فيتامين من مجموعة فيتامينات ب التي اكتشفها الكيميائيون، فقد سُمي بفيتامين ب7.

الوظائف الفسيولوجية للبيوتين

البيوتين عامل مساعد في نظام الإنزيمات المرتبط بتفاعلات الكربوكسيل وإزالة الكربوكسيل في استقلاب الجسم، ويشارك في تفاعلات الكربوكسيل، وتحويل الجليكوجين، وتخليق البروتين. لذا، يُعد البيوتين ضروريًا للحياة، والنمو، والحفاظ على الأنسجة الظهارية، والتكاثر. إضافةً إلى ذلك، يلعب البيوتين دورًا هامًا في استقلاب الكربوهيدرات، والأحماض الدهنية، والبروتينات، والأحماض النووية في الجسم. في أغلب الأحيان، يهتم الناس بوظائفهم الغذائية والصحية، ومن المعروف الآن على نطاق واسع أن للبيوتين تأثيرًا إيجابيًا على الحفاظ على الوظيفة الطبيعية للجلد، والأظافر، والشعر، وأن نقص البيوتين يؤدي إلى ترقق الشعر، وفقدان لمعانه، وشيبه، وتساقطه، والتهاب الجلد، والأكزيما، وغيرها من الأعراض الجلدية. مع ذلك، ولأن البيوتين متوفر بكثرة (في العديد من الأطعمة، بما في ذلك صفار البيض، والمكسرات، والبقوليات، والأسماك، والفواكه)، يمكن تناوله ضمن النظام الغذائي اليومي دون الحاجة إلى مكملات غذائية. ومع ذلك، فقد أظهرت الدراسات أيضًا أن مرض السكري والحمل وسوء التغذية يمكن أن تؤدي إلى نقص البيوتين، الأمر الذي يتطلب مكملات خارجية مناسبة.

التخليق الحيوي للبيوتين

يُصنّع البيوتين في الطبيعة بواسطة النباتات والبكتيريا لأداء وظائفها الفسيولوجية الطبيعية، وتستخدم كل من النباتات والبكتيريا نفس المادة الأولية ومسار التفاعل لتصنيع البيوتين. أي، يُستخدم الألانين-L (1) وحمض الهيبتانديويك (2) كمواد أولية، حيث يتكون أولًا حمض 7-كربونيل-8-أمينونونانويك (3) من خلال عملية التكثيف، ثم يتكون حمض 7،8-ديامينونونانويك (4) من خلال عملية نقل الأمين لمجموعة الكربونيل. بعد ذلك، يُستخدم إنزيم تصنيع البيوتين (إنزيم البيوتين سينثاز منزوع الكبريت) لتصنيع البيوتين. ويُحصل على البيوتين منزوع الكبريت (5) من خلال تكثيف إضافي بفعل إنزيم ديثيوبيوتين سينثاز (DBS)، وأخيرًا، يُحصل على المنتج النهائي بفعل إنزيم البيوتين سينثاز.

التخليق الكيميائي للبيوتين

كما ذُكر سابقًا، يلعب البيوتين دورًا هامًا في التخليق الحيوي للأحماض الدهنية، وتحلل الجلوكوز، وغيرها من التفاعلات الكيميائية الحيوية، ونقص البيوتين في جسم الإنسان قد يُسبب العديد من الأمراض الغذائية. إضافةً إلى ذلك، يُؤدي نقص البيوتين في الدواجن إلى تأخر النمو، وتوقف النمو، بل وحتى النفوق، ومع التطور المستمر في تربية الدواجن والحيوانات، ازداد الطلب على البيوتين كمُضاف علفي بشكل كبير. لذا، يُعدّ التخليق الكيميائي للبيوتين ضروريًا وعاجلًا.

حتى الآن، تنقسم استراتيجيات التخليق الكلي للبيوتين المذكورة في الأدبيات العلمية بشكل أساسي إلى نوعين، وهما: التخليق الانتقائي للإنانتوميرات والتخليق الانتقائي للستيريو. في النوع الأول، حمض الفوماريك تُستخدم هذه المادة الخام لبناء مراكز الكربون الكيرالية الثلاثة في الجزيء من خلال التخليق غير المتماثل أو تقنيات كيرالية أخرى، وتخضع لتفاعل متعدد الخطوات للحصول في النهاية على المنتج المستهدف بنقاء بصري كافٍ. وتتمثل استراتيجية أخرى في استخدام مركبات كيرالية مثل L-سيستين كمواد أولية، وبالاستعانة بذرات الكربون الكيرالية الموجودة في المواد الخام، يتم بناء جزيء البيوتين من خلال تحويل بنيوي، ثم يتم بناء جزيء البيوتين.

في عام 1946، أعلن الباحثان غولدبرغ وستيرنباخ من شركة روش عن أول تخليق كلي غير متماثل للبيوتين. استخدم الفريق حمض الفوماريك 1 كمادة أولية، والذي خضع أولاً لعملية برومة ثنائية، ثم هجوم نيوكليوفيلي لذرات الهالوجين بواسطة بنزيلامين، وتفاعل لاحق مع الفوسجين للحصول على المركب الوسيط 2، والذي، من خلال عملية نزع الماء داخل الجزيء 2، شكّل مركب أنهيدريد الحمض 3.3. في وجود أنهيدريد الخل، ينتج عن الاختزال الجزئي للأنهيدريد باستخدام فلز الزنك المركب الراسيمي 4، ويؤدي اختزال 4 لاحقًا إلى الحصول على المركب 5. بعد ذلك، باستخدام كاشف غرينيارد، يتم إدخال السلسلة الجانبية في الهيكل الحلقي، ومن خلال تفاعلات الحذف اللاحقة، يتم تكوين وحدة البناء الرئيسية 6. من خلال عملية هدرجة انتقائية فراغية للرابطة المزدوجة في المركب 6، يتم الحصول على الوحدة البنائية 7. بعد ذلك، ومن خلال تفاعل حمضي لاحق، تؤدي عملية فصل وتبلور تدريجية باستخدام كامفور سلفونات كيرالية إلى الوحدة البنائية الكيرالية الرئيسية 9. وأخيرًا، يؤدي فتح الحلقة النيوكليوفيلي للمركب 9، وخطوة إزالة الحماية اللاحقة في ظروف حمضية باستخدام ملح الصوديوم لثنائي إيثيل مالونات، إلى البيوتين النقي الكيرالي النهائي [4]. تجدر الإشارة إلى أن البحث الرائد لفريق غولدبرغ وستيرنباخ قد وضع أساسًا متينًا لتصميم المسار التركيبي الصناعي للبيوتين (+)، ولذلك يُشار إلى هذا المسار في الأدبيات العلمية باسم مسار هوفمان-لا روش (HLR). في عام 2001، قام فريق فين-إر تشين بتحسين مسار HLR وفتح مسارًا تركيبيًا صناعيًا أكثر اكتمالًا.

تطبيقات البيوتين

إضافةً إلى استخدامه كمُضاف غذائي، يتمتع البيوتين بتطبيقات واسعة في البحوث البيوكيميائية. فعلى سبيل المثال، يرتبط الألبومين الموجود في البيض بالبيوتين بقوة وبشكل شبه دائم، مما يُتيح ربط البيوتين بالجزيئات المستهدفة واستخدام الألبومين في الاختبارات. علاوة على ذلك، يتميز البيوتين بانخفاض سميته في العديد من العمليات الفيزيولوجية والمرضية، وبالتالي يُمكن تصميمه كناقل دوائي انتقائي للأهداف لتوصيل أدوية السرطان بفعالية إلى الخلايا السرطانية. حاليًا، تم تطوير جزيئات صغيرة تحتوي على البيوتين لتُصبح فئة من الجزيئات الحيوية الوظيفية ذات قيمة تطبيقية عالية، وتتميز هذه المركبات بسهولة تصنيعها، وسهولة تعديلها وظيفيًا، وخصوصيتها العالية.

البيوتين عنصر غذائي بالغ الأهمية في عملية النمو والتطور البيولوجي، إذ يُشارك في العديد من الأنشطة الأيضية للكائن الحي، ويُستخدم على نطاق واسع في مجالات الغذاء والدواء والأعلاف والتخمير وغيرها. كما أنه يُؤثر بشكل كبير على الإنتاج الصناعي والزراعي، فضلاً عن تأثيره على الحياة اليومية. ولذلك، حظي باهتمام كبير من الكيميائيين وعلماء الأحياء في السنوات الأخيرة. إضافةً إلى ذلك، بدأ العلماء باكتشاف وظائف جديدة تمامًا لجزيئات البيوتين، مما يُعزز دوره في الأبحاث المستقبلية.

جي إن إف كيم محترفمصنع إضافات غذائيةتابعونا للحصول على المزيد من كتالوجات المنتجات والأسعار!