La biotina (también conocida como vitamina B7 o vitamina H ) es una de las vitaminas del grupo B. [1] [2] [3] Interviene en una amplia gama de procesos metabólicos, tanto en humanos como en otros organismos, relacionados principalmente con la utilización de grasas, carbohidratos y aminoácidos. [ 4] El nombre biotina , tomado del alemán Biotin , deriva de la palabra griega antigua βίοτος ( bíotos ; 'vida') y el sufijo "-in" (un sufijo usado en química generalmente para indicar 'formando'). [5] La biotina aparece como un sólido cristalino blanco con forma de aguja. [6]
La biotina se clasifica como un compuesto heterocíclico , con un anillo de tetrahidrotiofeno que contiene azufre fusionado a un grupo ureido. Una cadena lateral de ácido carboxílico C5 se adjunta al anillo anterior. El anillo ureido, que contiene el grupo −N−CO−N−, sirve como transportador de dióxido de carbono en las reacciones de carboxilación. [7] La biotina es una coenzima para cinco enzimas carboxilasas , que están involucradas en el catabolismo de aminoácidos y ácidos grasos , la síntesis de ácidos grasos y la gluconeogénesis . [3] [4] La biotinilación de las proteínas histonas en la cromatina nuclear desempeña un papel en la estabilidad de la cromatina y la expresión génica. [4] [8]
La Academia Nacional de Medicina de los Estados Unidos actualizó las ingestas dietéticas de referencia para muchas vitaminas en 1998. En ese momento no había suficiente información para establecer un requerimiento promedio estimado o una ingesta dietética recomendada, términos que existen para la mayoría de las vitaminas. En casos como este, la academia establece ingestas adecuadas (IA) con el entendimiento de que en algún momento posterior, cuando se comprendan mejor los efectos fisiológicos de la biotina, las IA serán reemplazadas por información más exacta. Las IA de biotina para hombres y mujeres son:
Australia y Nueva Zelanda establecen IA similares a las de EE. UU. [9]
La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (AESA) también identifica los IA, estableciendo valores en 40 μg/día para adultos, 40 μg/día durante el embarazo y 45 μg/día durante la lactancia. Para los niños de 1 a 17 años, los IA aumentan con la edad de 20 a 35 μg/día. [10]
La Academia Nacional de Medicina de los Estados Unidos estima límites máximos para vitaminas y minerales cuando hay evidencia suficiente de un límite verdadero. Sin embargo, en el caso de la biotina, no existe un límite máximo porque no se han determinado los efectos adversos de una ingesta elevada de biotina. [2] La EFSA también revisó la seguridad y llegó a la misma conclusión que en los Estados Unidos. [11]
Para los fines del etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos en los EE. UU., la cantidad en una porción se expresa como un porcentaje del valor diario. Para los fines del etiquetado de biotina, el 100 % del valor diario era 300 μg/día, pero a partir del 27 de mayo de 2016, se revisó a 30 μg/día para que coincidiera con la ingesta adecuada. [12] [13] El cumplimiento de las regulaciones de etiquetado actualizadas se exigió antes del 1 de enero de 2020 para los fabricantes con US$ 10 millones o más en ventas anuales de alimentos, y antes del 1 de enero de 2021, para los fabricantes con ventas de alimentos de menor volumen. [14] [15] Se proporciona una tabla de los valores diarios antiguos y nuevos para adultos en Ingesta diaria de referencia .
La biotina es estable a temperatura ambiente y no se destruye con la cocción. Se ha estimado que la ingesta dietética de biotina en las poblaciones occidentales está en el rango de 35 a 70 μg/día. Los lactantes ingieren alrededor de 6 μg/día. [4] La biotina está disponible en suplementos dietéticos , individualmente o como ingrediente en multivitamínicos . [1] [3]
Según Global Fortification Data Exchange, la deficiencia de biotina es tan rara que ningún país exige que los alimentos sean fortificados. [17]
La biotina es una vitamina B soluble en agua. El consumo de grandes cantidades como suplemento dietético da como resultado su absorción, seguida de su excreción en la orina como biotina. El consumo de biotina como parte de una dieta normal da como resultado la excreción urinaria de biotina y metabolitos de biotina. [4]
La biotina presente en los alimentos está unida a las proteínas. Las enzimas digestivas reducen las proteínas a péptidos unidos a la biotina. La enzima intestinal biotinidasa , presente en las secreciones pancreáticas y en las membranas del borde en cepillo de las tres partes del intestino delgado , libera la biotina, que luego se absorbe en el intestino delgado. [4] Cuando se consume como suplemento dietético de biotina, la absorción es no saturable, lo que significa que incluso cantidades muy altas se absorben de manera efectiva. El transporte a través del yeyuno es más rápido que a través del íleon . [4]
La microbiota del intestino grueso sintetiza cantidades de biotina que se estiman similares a las que se ingieren con la dieta, y una parte importante de esta biotina se encuentra en forma libre (sin unión a proteínas) y, por lo tanto, está disponible para su absorción. Se desconoce la cantidad que se absorbe en los seres humanos, aunque una revisión informó que las células epiteliales humanas del colon in vitro demostraron una capacidad para absorber biotina. [18]
Una vez absorbido, el transportador multivitamínico dependiente de sodio (SMVT) media la captación de biotina en el hígado. [4] El SMVT también se une al ácido pantoténico , por lo que la ingesta elevada de cualquiera de estas vitaminas puede interferir con el transporte de la otra. [19]
El catabolismo de la biotina se produce a través de dos vías. En una, se escinde la cadena lateral del ácido valérico, lo que da lugar a la bisnorbiotina. En la otra, se oxida el azufre, lo que da lugar al sulfóxido de biotina. El contenido de la orina es proporcionalmente aproximadamente la mitad de biotina, más bisnorbiotina, sulfóxido de biotina y pequeñas cantidades de otros metabolitos. [4]
El consumo crónico de alcohol se asocia a una reducción significativa de la biotina plasmática. [20] La captación intestinal de biotina también parece ser sensible al efecto de los fármacos antiepilépticos carbamazepina y primidona . [20] También se han descrito niveles relativamente bajos de biotina en la orina o el plasma de pacientes que se han sometido a una gastrectomía parcial o que tienen otras causas de aclorhidria , así como en pacientes con quemaduras, personas mayores y deportistas. [21] El embarazo y la lactancia pueden estar asociados a una mayor demanda de biotina. En el embarazo, esto puede deberse a una posible aceleración del catabolismo de la biotina , mientras que, en la lactancia, la mayor demanda aún no se ha dilucidado. Estudios recientes han demostrado que puede haber una deficiencia marginal de biotina en la gestación humana , como lo demuestra el aumento de la excreción urinaria de ácido 3-hidroxiisovalérico , la disminución de la excreción urinaria de biotina y bisnorbiotina y la disminución de la concentración plasmática de biotina. [4]
La biotina, sintetizada en las plantas, es esencial para el crecimiento y el desarrollo de las mismas. [22] Las bacterias también sintetizan biotina, [23] y se cree que las bacterias residentes en el intestino grueso pueden sintetizar biotina que es absorbida y utilizada por el organismo huésped. [18]
La biosíntesis comienza a partir de dos precursores, la alanina y el pimeloil -CoA. Estos forman el ácido 7-ceto-8-aminopelargónico (KAPA). El KAPA se transporta desde los peroxisomas de la planta a las mitocondrias, donde se convierte en ácido 7,8-diaminopelargónico (DAPA) con la ayuda de la enzima BioA. La enzima detiobiotina sintetasa cataliza la formación del anillo ureido a través de un carbamato DAPA activado con ATP, creando detiobiotina con la ayuda de la enzima BioD, que luego se convierte en biotina, que es catalizada por BioB. [24] El último paso es catalizado por la biotina sintasa , una enzima SAM radical. El azufre es donado por una inusual [2Fe-2S] ferredoxina. [25] Dependiendo de la especie de bacteria, la biotina se puede sintetizar a través de múltiples vías. [24]
La enzima holocarboxilasa sintetasa une covalentemente la biotina a cinco enzimas carboxilasas humanas : [4]
Para los dos primeros, la biotina sirve como cofactor responsable de la transferencia de bicarbonato a acetil-CoA , convirtiéndolo en malonil-CoA para la síntesis de ácidos grasos . La PC participa en la gluconeogénesis . La MCC cataliza un paso en el metabolismo de la leucina . La PCC cataliza un paso en el metabolismo del propionil-CoA . [1] [3] [4] La degradación metabólica de las carboxilasas biotiniladas conduce a la formación de biocitina . Este compuesto es degradado aún más por la biotinidasa para liberar biotina, que luego es reutilizada por la holocarboxilasa sintetasa. [4]
La biotinilación de las proteínas histonas en la cromatina nuclear es una modificación postraduccional que desempeña un papel en la estabilidad de la cromatina y la expresión genética. [4] [8]
La deficiencia primaria de biotina, es decir, la deficiencia como consecuencia de una cantidad insuficiente de biotina en la dieta, es poco frecuente, ya que la biotina está presente en muchos alimentos. La deficiencia subclínica puede causar síntomas leves, como pérdida de cabello, uñas quebradizas o erupciones cutáneas, generalmente en la cara. [2] [4]
Aparte de una ingesta dietética inadecuada (poco frecuente), la deficiencia de biotina puede ser causada por un trastorno genético que afecta el metabolismo de la biotina. El más común de ellos es la deficiencia de biotinidasa . La baja actividad de esta enzima provoca una falla en el reciclaje de la biotina a partir de la biocitina . Más raras son las deficiencias de carboxilasa y del transportador de biotina. [4] [26] La detección neonatal de la deficiencia de biotinidasa comenzó en los Estados Unidos en 1984, y en la actualidad muchos países también realizan pruebas para este trastorno genético al nacer. El tratamiento es un suplemento dietético de por vida con biotina. [1] Si la deficiencia de biotinidasa no se trata, puede ser fatal. [27]
Los niveles bajos de biotina en suero y orina no son indicadores sensibles de una ingesta inadecuada de biotina. [4] Sin embargo, las pruebas séricas pueden ser útiles para confirmar el consumo de suplementos dietéticos que contienen biotina y si un período de abstinencia del uso de suplementos es lo suficientemente largo como para eliminar la posibilidad de que interfieran con las pruebas de drogas. [28] [29] Las medidas indirectas dependen del requerimiento de biotina para las carboxilasas. El 3-metilcrotonil-CoA es un paso intermedio en el catabolismo del aminoácido leucina . En ausencia de biotina, la vía se desvía al ácido 3-hidroxiisovalérico . La excreción urinaria de este compuesto es un indicador temprano y sensible de la deficiencia de biotina. [2] [4]
La deficiencia de biotinidasa es una deficiencia de la enzima que recicla la biotina, consecuencia de una mutación genética hereditaria. [1] La biotinidasa cataliza la escisión de la biotina de la biocitina y los biotinilopéptidos (los productos de degradación proteolítica de cada holocarboxilasa) y, por lo tanto, recicla la biotina. [2] También es importante para liberar la biotina de la biotina unida a las proteínas de la dieta. [30] La detección neonatal de la deficiencia de biotinidasa comenzó en los Estados Unidos en 1984, [31] que a partir de 2017 se informó como requerida en más de 30 países. [32]
La deficiencia profunda de biotinidasa, definida como menos del 10% de la actividad enzimática sérica normal, que se ha informado como 7,1 nmol/min/mL, tiene una incidencia de 1 en 40.000 a 1 en 60.000, pero con tasas tan altas como 1 en 10.000 en países con alta incidencia de matrimonios consanguíneos (primos segundos o más cercanos). La deficiencia parcial de biotinidasa se define como del 10% al 30% de la actividad sérica normal. [31] Los datos de incidencia provienen de la detección neonatal obligatoria por parte del gobierno. [32] Para la deficiencia profunda, el tratamiento es una dosis oral de 5 a 20 mg por día. Se informa que las convulsiones se resuelven en horas o días, y otros síntomas se resuelven en semanas. [31] También se recomienda el tratamiento de la deficiencia parcial de biotinidasa, aunque algunas personas no tratadas nunca manifiestan síntomas. [31] Se recomienda el tratamiento de por vida con biotina suplementaria para la deficiencia de biotinidasa tanto profunda como parcial. [1]
Los trastornos metabólicos hereditarios caracterizados por una actividad deficiente de las carboxilasas dependientes de la biotina se denominan deficiencia de carboxilasas múltiples . Estos incluyen deficiencias en las enzimas holocarboxilasa sintetasa . [1] La deficiencia de holocarboxilasa sintetasa impide que las células del cuerpo utilicen la biotina de manera efectiva y, por lo tanto, interfiere con las reacciones de carboxilasas múltiples. [30] También puede haber un defecto genético que afecte a la proteína transportadora de multivitaminas dependiente del sodio. [26]
Las manifestaciones bioquímicas y clínicas de cualquiera de estos trastornos metabólicos pueden incluir acidosis cetoláctica , aciduria orgánica , hiperamonemia , erupción cutánea, hipotonía , convulsiones , retraso del desarrollo , alopecia y coma . [4]
Las versiones químicamente modificadas de la biotina se utilizan ampliamente en toda la industria de la biotecnología para aislar proteínas y compuestos no proteicos para ensayos bioquímicos . [33] Debido a que la avidina derivada del huevo se une fuertemente a la biotina con una constante de disociación K d ≈ 10 −15 M, [34] los compuestos biotinilados de interés se pueden aislar de una muestra explotando esta interacción altamente estable. Primero, los reactivos de biotina modificados químicamente se unen a los compuestos objetivo en una solución a través de un proceso llamado biotinilación. La elección de qué modificación química utilizar es responsable de la unión del reactivo de biotina a una proteína específica. [33] En segundo lugar, la muestra se incuba con avidina unida a perlas, luego se enjuaga, eliminando todas las proteínas no unidas, mientras que deja solo la proteína biotinilada unida a la avidina. Por último, la proteína biotinilada se puede eluir de las perlas con exceso de biotina libre. [35] El proceso también puede utilizar estreptavidina derivada de bacterias unida a perlas, pero debido a que tiene una constante de disociación más alta que la avidina, se necesitan condiciones muy duras para eluir la proteína biotinilada de las perlas, lo que a menudo desnaturalizará la proteína de interés. [34]
Cuando las personas ingieren altos niveles de biotina en suplementos dietéticos , una consecuencia puede ser una interferencia clínicamente significativa con los análisis de sangre de diagnóstico que utilizan la tecnología de biotina-estreptavidina. Esta metodología se utiliza comúnmente para medir los niveles de hormonas como las hormonas tiroideas y otros analitos como la 25-hidroxivitamina D. La interferencia de la biotina puede producir resultados tanto falsamente normales como falsamente anormales. [1] [36] En los EE. UU., la biotina como suplemento dietético sin receta se vende en cantidades de 1 a 10 mg por porción, con afirmaciones de apoyar la salud del cabello y las uñas, y como 300 mg por día como un posible tratamiento eficaz para la esclerosis múltiple [37] [38] (ver § Investigación). El consumo excesivo de 5 mg/día o más causa una concentración elevada en plasma que interfiere con los inmunoensayos de biotina-estreptavidina de manera impredecible. [28] [29] Se recomienda a los profesionales de la salud que indiquen a los pacientes que dejen de tomar suplementos de biotina durante 48 horas o incluso hasta semanas antes de la prueba, según la prueba específica, la dosis y la frecuencia de absorción de biotina. [28] Se propone una guía para el personal de laboratorio para detectar y gestionar la interferencia de biotina. [29]
En 1916, W. G. Bateman observó que una dieta rica en claras de huevo crudas causaba síntomas tóxicos en perros, gatos, conejos y seres humanos. [39] En 1927, científicos como Margarete Boas y Helen Parsons habían realizado experimentos que demostraban los síntomas asociados con la "lesión por clara de huevo". Habían descubierto que las ratas alimentadas con grandes cantidades de clara de huevo como única fuente de proteínas presentaban disfunción neurológica, pérdida de pelo , dermatitis y, finalmente, la muerte. [40] [41]
En 1936, Fritz Kögl y Benno Tönnis documentaron el aislamiento de un factor de crecimiento de levadura en un artículo de revista titulado " Darstellung von krystallisiertem biotin aus eigelb ". (Representación de biotina cristalizada de yema de huevo). [42] El nombre biotina deriva de la palabra griega bios ('vivir') y el sufijo "-in" (un sufijo químico general utilizado en química orgánica). [5] Otros grupos de investigación, trabajando de forma independiente, habían aislado el mismo compuesto con diferentes nombres. El científico húngaro Paul Gyorgy comenzó a investigar el factor responsable de la lesión de la clara de huevo en 1933 y en 1939, logró identificar lo que llamó "Vitamina H" (la H representa Haar und Haut , en alemán 'cabello y piel'). [43] [44] Una caracterización química adicional de la vitamina H reveló que era soluble en agua y estaba presente en grandes cantidades en el hígado. [45] Después de experimentos realizados con levadura y Rhizobium trifolii , West y Wilson aislaron un compuesto al que llamaron coenzima R. [46] [47] En 1940, se reconoció que los tres compuestos eran idénticos y se les dio colectivamente el nombre: biotina. [48] Gyorgy continuó su trabajo sobre la biotina y en 1941 publicó un artículo que demostraba que la lesión de la clara de huevo era causada por la unión de la biotina con la avidina . [49] [50] A diferencia de muchas vitaminas, no hay suficiente información para establecer una ingesta dietética recomendada, por lo que las pautas dietéticas identifican una "ingesta adecuada" basada en la mejor ciencia disponible con el entendimiento de que en una fecha posterior esto será reemplazado por información más exacta. [2] [9] [10]
En 1968, Rolfe y Eisenberg propusieron una vía de biosíntesis a partir de E. coli . El paso inicial se describió como una condensación de pimelil-CoA y alanina para formar ácido 7-oxo-8-aminopelargónico. A partir de allí, describieron un proceso de tres pasos, el último de los cuales era la introducción de un átomo de azufre para formar el anillo de tetrahidrotiofeno. [51]
La biotina en dosis altas (300 mg/día = 10 000 veces la ingesta adecuada ) se ha utilizado en ensayos clínicos para el tratamiento de la esclerosis múltiple , una enfermedad autoinmune desmielinizante. [37] [38] La hipótesis es que la biotina puede promover la remielinización de la vaina de mielina de las células nerviosas, ralentizando o incluso revirtiendo la neurodegeneración. Los mecanismos propuestos son que la biotina activa la acetil-coA carboxilasa, que es una enzima clave limitante de la velocidad durante la síntesis de mielina, y reduciendo la hipoxia axonal mediante una mayor producción de energía. [37] [38] Los resultados de los ensayos clínicos son mixtos; una revisión de 2019 concluyó que se debería realizar una investigación adicional de la asociación entre los síntomas de la esclerosis múltiple y la biotina, [37] mientras que dos revisiones de 2020 de un mayor número de ensayos clínicos no informaron evidencia consistente de beneficios, [52] y alguna evidencia de una mayor actividad de la enfermedad y un mayor riesgo de recaída. [53]
En los Estados Unidos, la biotina se promociona como un suplemento dietético para fortalecer el cabello y las uñas , aunque los datos científicos que respaldan estos resultados en humanos son muy débiles. [3] [54] [55] Una revisión de la literatura sobre uñas informó una mejora de las uñas quebradizas como evidencia de dos ensayos clínicos anteriores a 1990 que habían administrado un suplemento dietético oral de 2,5 mg/día durante varios meses, sin un grupo de comparación de control con placebo. No hay literatura de ensayos clínicos más reciente. [54] Una revisión de la biotina como tratamiento para la pérdida del cabello identificó estudios de casos de bebés y niños pequeños con deficiencia de biotina por defecto genético que habían mejorado el crecimiento del cabello después de la suplementación, pero continuó informando que "no ha habido ensayos controlados aleatorios para demostrar la eficacia de la suplementación con biotina en individuos normales y sanos". [55] La biotina también se incorpora en productos tópicos para el cabello y la piel con afirmaciones similares. [56]
La Ley de Salud y Educación sobre Suplementos Dietéticos de 1994 establece que la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos debe permitir en la etiqueta del producto lo que se describe como declaraciones de propiedades saludables de "Estructura:Función" (E:F) que indiquen que los ingredientes son esenciales para la salud. Por ejemplo: la biotina ayuda a mantener la piel, el cabello y las uñas saludables. Si se hace una declaración de propiedades saludables, la etiqueta debe incluir la advertencia "Esta declaración no ha sido evaluada por la Administración de Alimentos y Medicamentos. Este producto no está destinado a diagnosticar, tratar, curar o prevenir ninguna enfermedad". [57]
En el ganado, la biotina es necesaria para la salud de las pezuñas. La cojera debida a problemas en las pezuñas es común, con una prevalencia estimada en el rebaño del 10 al 35 %. [58] Las consecuencias de la cojera incluyen un menor consumo de alimentos, una menor producción de leche y mayores costos de tratamiento veterinario. Los resultados después de 4 a 6 meses de suplementar biotina a 20 mg/día en la dieta diaria reducen el riesgo de cojera. [58] [59] Una revisión de ensayos controlados informó que la suplementación a 20 mg/día aumentó la producción de leche en un 4,8 %. La discusión especuló que esto podría ser una consecuencia indirecta de una mejor salud de las pezuñas o un efecto directo en la producción de leche. [60]
En el caso de los caballos, las afecciones como la laminitis crónica, las pezuñas agrietadas o los pies secos y quebradizos que no pueden sujetar las herraduras son un problema común. La biotina es un suplemento nutricional popular. Se recomienda que los caballos tomen de 15 a 25 mg/día. Los estudios indican que la biotina mejora el crecimiento del nuevo tejido córneo del casco en lugar de mejorar el estado del casco existente, por lo que se necesitan meses de suplementación para reemplazar por completo la pared del casco. [61]
Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactive as of September 2024 (link)
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