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Vitaminas As vitaminas são micronutrientes essenciais que não podem ser produzidos pelo próprio organismo, mas precisam ser obtidos exogenamente, por exemplo, através da alimentação. As vitaminas não são capazes de produzir energia da mesma forma que os açúcares. proteínas e gorduras, no entanto, elas regulam o metabolismo do organismo. É sabido que a deficiência de vitaminas pode levar a muitos problemas de saúde; por exemplo, a deficiência de vitamina A pode causar cegueira noturna e olhos secos, a deficiência de vitamina C pode causar escorbuto e a deficiência de vitamina D pode causar raquitismo, etc. Portanto, é importante consumir vitaminas em quantidade adequada para manter a saúde do corpo. Nos últimos anos, houve uma proliferação de suplementos vitamínicos. suplemento nutricional, incluindo uma chamada "biotina", que afirma ser crucial para o crescimento do cabelo e das unhas, reparação da pele e metabolismo de nutrientes.

História de biotina

A biotina, também conhecida como vitamina H ou coenzima R, é uma vitamina B solúvel em água, e seus muitos nomes estão intrinsecamente ligados aos seus 40 anos de história de pesquisa. Em 1916, o bioquímico W.G. Bateman descobriu que ratos que consumiam grandes quantidades de claras de ovo cruas apresentavam queda de pelos e danos à pele. Em 1936, os químicos alemães F. Kögl e J. Kögl descobriram que a pele dos ratos era danificada pelas claras de ovo cruas. Ainda em 1936, os químicos alemães F. Kögl e B. Tönnis isolaram uma substância cristalina das gemas de ovos cozidos que promovia o crescimento de leveduras e a denominaram "biotina" (Biotin). Logo depois, em 1937, o cientista americano P. György descobriu uma substância capaz de prevenir dermatite e queda de cabelo (induzidas pela alimentação de ratos com clara de ovo crua) e, por isso, a denominou "Biotina", a partir das iniciais das palavras alemãs "Haut" (pele) e "Haar" (cabelo). Assim, utilizando as iniciais das palavras alemãs para pele e cabelo, "Haut" e "Haar", a substância foi denominada "Vitamina H". Vale ressaltar que o bioquímico americano F.E. Allison e outros também isolaram, em 1933, uma substância da gema do ovo essencial para o crescimento da bactéria Rhizobium leguminosarum, e propuseram que essa substância atuasse como um cofator da respiração, denominando-a "coenzima R". Coenzima R". Foi somente em 1940 que P. György e V. Vigneaud, entre outros, provaram experimentalmente que a chamada biotina, cofator R e vitamina H eram, na verdade, a mesma substância. Ao mesmo tempo, como a biotina foi a sétima vitamina do complexo B descoberta pelos químicos, recebeu o nome de vitamina B7.

Funções fisiológicas da biotina

A biotina é um cofator no sistema enzimático associado às reações de carboxilação e descarboxilação no metabolismo do corpo, sendo capaz de participar de reações de carboxilação, isomerização do glicogênio e síntese de proteínas. Assim, a biotina é essencial para a vida, o crescimento e a manutenção dos tecidos epiteliais, bem como para a reprodução. Além disso, a biotina desempenha um papel importante no metabolismo de carboidratos, ácidos graxos, proteínas e ácidos nucleicos no organismo. Na maioria dos casos, as pessoas se preocupam mais com suas funções nutricionais e de saúde, e hoje é amplamente reconhecido que a biotina tem um efeito positivo na manutenção da função normal da pele, unhas e cabelos, e que a deficiência de biotina leva ao afinamento dos cabelos, perda de brilho, embranquecimento e queda de cabelo, além de dermatite e eczema, entre outros sintomas cutâneos. No entanto, como a biotina é tão amplamente disponível (encontrada em diversos alimentos, incluindo gemas de ovo, nozes, leguminosas, peixes e frutas), ela pode ser consumida na dieta diária sem suplementação adicional. No entanto, estudos também demonstraram que diabetes, gravidez e desnutrição podem levar a deficiências de biotina, que requerem suplementação exógena adequada.

Biossíntese de biotina

Na natureza, plantas e bactérias sintetizam a biotina para desempenhar funções fisiológicas normais, utilizando o mesmo material de partida e a mesma via de reação. A síntese começa com L-alanina (1) e ácido heptanodioico (2). Inicialmente, forma-se o ácido 7-carbonil-8-aminononanoico (3) por meio de condensação, seguido da formação do ácido 7,8-diaminononanoico (4) por transaminação do grupo carbonila. Em seguida, a enzima dessulfurada biotina sintase (DBS) sintetiza a biotina. A dessulfurada biotina (5) é obtida por condensação adicional sob a ação da DBS e, finalmente, o produto final é obtido pela ação da biotina sintase.

Síntese química da biotina

Como mencionado anteriormente, a biotina desempenha um papel importante na síntese bioquímica de ácidos graxos, na glicólise e em outras reações bioquímicas, e a deficiência de biotina no organismo humano pode causar diversas doenças nutricionais. Além disso, a deficiência de biotina em aves também leva ao retardo do crescimento, ao nanismo e até mesmo à morte, especialmente com o desenvolvimento contínuo da avicultura e da pecuária, a demanda por biotina como aditivo alimentar aumentou drasticamente. Portanto, a síntese química de biotina é necessária e urgente.

Até o momento, as estratégias de síntese total da biotina relatadas na literatura são basicamente divididas em dois tipos: síntese enantioseletiva e síntese estereosseletiva. Na primeira, ácido fumárico é utilizado como matéria-prima para construir os três centros de carbono quirais na molécula através de síntese assimétrica ou outras técnicas quirais e submetido a uma reação de múltiplas etapas para finalmente obter o produto alvo com pureza óptica suficiente. Outra estratégia é usar compostos quirais, como a L-cisteína, como materiais de partida e, com a ajuda dos átomos de carbono quirais inerentes às matérias-primas, construir a molécula de biotina por meio de transformação estrutural.

Em 1946, os pesquisadores da Roche, Goldberg e Sternbach, relataram a primeira síntese total assimétrica de uma biotina. A equipe utilizou o ácido fumárico 1 como material de partida, que inicialmente sofreu bisbromação, ataque nucleofílico dos átomos de halogênio pela benzilamina e subsequente reação com fosgênio para obter o intermediário 2, que, por meio do processo de desidratação intramolecular de 2, formou o composto anidrido ácido 3.3 Na presença de anidrido acético, a redução parcial do anidrido com zinco metálico produz o composto racêmico 4 e a redução adicional de 4 resulta no composto 5. Posteriormente, utilizando o reagente de Grignard, a cadeia lateral é introduzida na estrutura cíclica e, por meio de reações de eliminação subsequentes, o bloco de construção chave 6 é formado. Por meio de um processo de hidrogenação estereosseletiva da ligação dupla em 6, obtém-se o bloco 7 e, por meio de uma subsequente etapa ácida, um processo de clivagem e cristalização gradual envolvendo canforsulfonatos quirais leva ao bloco quiral chave 9 e, finalmente, uma abertura nucleofílica do anel de 9 e uma subsequente etapa de desproteção em condições ácidas usando sal de sódio de malonato de dietila levam à biotina quiral pura final [4]. Deve-se notar que a pesquisa pioneira da equipe de Goldberg e Sternbach lançou uma base sólida para o desenvolvimento da rota sintética industrializada da (+)-biotina e, portanto, essa rota é referida na literatura como rota de Hoffmann-La Roche (HLR). Em 2001, o grupo de Fen-er Chen aprimorou a rota HLR e abriu uma rota sintética industrializada mais completa.

Aplicações da Biotina

Além de seu uso como aditivo nutricional, a biotina possui uma ampla gama de aplicações em pesquisa bioquímica. Por exemplo, a ovalbumina presente nos ovos se liga de forma forte e quase irreversível à biotina, o que possibilita a ligação da biotina a moléculas-alvo e o uso da ovalbumina para testes. Ademais, a biotina apresenta baixa toxicidade em diversos processos fisiológicos e patológicos, podendo, portanto, ser utilizada como um carreador de fármacos com seletividade para o direcionamento eficaz de medicamentos anticancerígenos às células tumorais. Atualmente, pequenas moléculas contendo biotina têm sido desenvolvidas como uma classe de moléculas biofuncionais com grande potencial de aplicação, apresentando vantagens como síntese simples, fácil funcionalização e alta especificidade.

A biotina é um nutriente muito importante no processo de crescimento e desenvolvimento biológico, participando de diversas atividades metabólicas do organismo. Ela é amplamente utilizada nas áreas de alimentos, medicina, ração animal, fermentação, entre outras, e tem um impacto significativo na produção industrial e agrícola, bem como no cotidiano das pessoas. Por isso, tem despertado o interesse de químicos e biólogos nos últimos anos. Além disso, cientistas começaram a descobrir que as moléculas de biotina também possuem outras funções completamente novas. Assim, a biotina dará uma contribuição ainda mais importante para as pesquisas futuras.

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