維生素B7(Vitamin B7,或維它命B7),即生物素(biotin),又稱維生素H,或輔脢R(coenzyme R),或稱抗卵白傷害因子(anti-egg white injury factor),化學式為C10H16O3N2S9,其結構簡單圖示如下
O
║
C
¤ \
HN NH
½ ½
C ¾¾¾ C CH2-CH2-CH2-CH2-COOH
½ ½ ¤
H 2C C
\ ¤ \
S H
生物素,為雙環結構之化合物(compound),一個環(ring)含有月尿基(ureido group,即-N-CO-N-),另一個環為含硫四氫噻吩(tetrahydrothiophene)且接有一戊酸的側鏈。生物素,具有8種立體異構物(stereoisomers),但只有一種具有生物活性,即右旋生物素(D-biotin)。
在雞蛋的蛋白(egg white)中,約有40種不同的蛋白質,其中含量最高的的蛋白質為卵白蛋白(ovalbumin),約佔總蛋白質之50-60%左右,為球狀醣蛋白質,含量第二高的為卵運鐵蛋白(ovotransferrin)約佔總蛋白質之10%左右,含量第三高的為卵黏蛋白(ovomucin),約佔總蛋白質之5%左右,對人體而言,以上三種蛋白質都是存於蛋白(egg white)的濳在的過敏原。還有一種含量高的蛋白質,叫做卵白素(avidin),僅佔雞蛋蛋白中總蛋白質之0.5%左右,但會與生物素(biotin)反應結合,使生物素失去生物活性。一個分子的卵白素可與四個分子的生物素反應結合,(參考文獻 NM Green, Biochem J, 89, p. 599,1963),使四個分子的生物素失去生物活性;但經烹飪過的雞蛋,蛋白中的卵白素便會因受熱而失去反應活性,無法與生物素反應結合,便無法破壞生物素的生物活性;因此長期吃生雞蛋,很容易造成維生素B7缺乏的問題,而吃煮熟的雞蛋則較為安全,不會造成維生素B7缺乏的問題。
西元1901年,E Wildiers在培養酵母菌時,需要供給一些微量的重要物質,他稱之為Bios,酵母菌才能正常生長(參考文獻 E Wildiers, La Cellule, 18, p. 313-332, 1901),後來的研究,證實Bios,事實上為混合物,成分包括有維生素B1(thiamine)、維生素B3(nicotinic acid)、維生素B5(pantothenic acid)、生物素(biotin)、維生素B6(pyridoxine)、對胺基安息香酸(para-aminobenzoic acid)等物質。 西元1916年,Bateman發現長期生食大量雞蛋蛋白,不論狗、老鼠、兔子及人類,對蛋白質都有消化吸收不良的現象,都會產生腹瀉的症狀,然若改食煮過的蛋白,腹瀉症狀立即可被消除而恢復健康。(參考文獻 W G Bateman, J Biol Chem, 26(1), p. 263-291, 1916) 西元1927年,Boas發現長期以生蛋白(raw egg white)餵食老鼠,老鼠會有皮膚病、掉毛、精神不安的症狀,Boas提出有一種很像維生素B的物質「保護性因子X」(protective factor X)可治癒前述症狀。(參考文獻 M A Boas, Biochem J, 21, p. 712-725, 1927) 西元1931年,Paul György也發現生蛋白含有有毒性物質,而有一種物質(即Boas所提出的保護性因子X),他取名為維生素H(vitamin H),維生素H可中和生蛋白中的毒性物質。(參考文獻 P György, Z ärztl Fortbild, 28, p. 377, 1931) 西元1933年,F E Allison等人發現根瘤菌(rhizobia)進行「呼吸」(respiration)作用所需的輔助酵素(coenzyme),取名為輔助酵素R(coenzyme R)。(參考文獻 F E Allison et al, Science, 78, p. 217-218, 1933;F E Allison et al, J Bact, 27, p. 561-581, 1934) 西元1935年,Kögl等人從250公斤的乾蛋黃(dried egg yolk)中成功萃取出1.1毫克的成長因子(growth factor)的結晶物質,並取名為生物素(biotin)。(參考文獻 F Kögl et al, Z Physiol Chem, 242, p. 43-73, 1936) 西元1940年,P György等人證實維生素H、輔助酵素R、及生物素事實上為同一物質。(參考文獻 P György et al, Science, 92(2400), p. 609, 1940)西元 1942年,Melville等人鑑定出生物素的化學結構。(參考文獻 D B Melville et al, J Biol Chem, 146, p. 487-492, 1942) 西元1942年,Sydenstricker等人利用讓人生食生蛋白的實驗,使人造成生物素的缺乏,產生症狀,再注射生物素,使人恢復健康,證實生物素對人體的重要性。(參考文獻 V P Sydenstricker et al, JAMA, 118(14), p. 1199-1200, 1942) 自此完成了維生素B7(生物素)的發現工作。
維生素B7之生理功能
維生素B7的功能,主要為伴演五種羧化脢(carboxylase)的輔助酵素(cofactor),有一種與脂肪酸合成有關,即阿爾發乙醯基輔脢羧化脢(a-acetyl-CoA carboxylase),另四種則與能量、胺基酸代謝有關,即貝它乙醯基輔脢羧化脢(b-acetyl-CoA carboxylase)、甲基丁烯醯基輔脢羧化脢(methylcrotonoyl-CoA carboxylase)、丙醯基輔脢羧化脢(propionyl-CoA carboxylase)、及丙酮酸羧化脢(pyruvate carboxylase)。
羧化脢主要用於催化羧化反應(carboxylation),即將二氧化碳固著於輔脢(CoA)上,或者說即為在輔脢上加上羧基的作用,例如生物素(biotin)參與阿爾發乙醯基輔脢羧化脢的羧化反應,用於形成丙二醯基輔脢(malonyl-CoA),而丙二醯基輔脢為合成人體所需的脂肪酸的起始原料,甚為重要;進行羧化反應時,首先biotin會先與羧化脢共價結合,藉著ATP的水解(有關ATP之特性,請參考本部落格貼文「人體能量來源:葡萄糖與ATP-ADP能量循環以及CoQ10簡介(三之二)」),再接合二氧化碳(CO2溶於水成為碳酸氫根,HCO3-),而完成羧化反應,其羧化反應圖簡示如下
biotin + (羧化脢) + HCO3- + ATP à biotin-(羧化脢)-CO2 + ADP + Pi
biotin-(羧化脢)-CO2 + acetyl-CoA à malonyl-CoA + biotin-(羧化脢)
總反應可再簡寫如下
HCO3- + ATP + acetyl-CoA à ADP + Pi + malonyl-CoA
為凸顯羧化反應之情況,因羧化反應所產生的化學結構變化簡示如下
O ATPðADP O
║ + CO2 ║
H3C¾ C¾SCoA ¾¾¾¾¾> -OOC¾CH2¾C¾SCoA
乙醯基輔脢 丙二醯基輔脢
其它羧化脢的生化功能,有興趣的讀者則請自行參考相關資料。
維生素B7之消化、吸收、及排泄
維生素B7在食物中,有自由態(或稱游離態)的生物素(free biotin),及蛋白質結合態的生物素(in protein-bound forms),其中結合態生物素在食物中佔的比例較大。自由態的生物素,主要由小腸直接吸收,然亦可為大腸所吸收;然結合態的生物素,須由腸內的生物素脢(biotinidase)及蛋白脢(protease)切割出自由態生物素,或者仍帶有小段的胺基酸的生物素,再由小腸或大腸吸收,然仍有小部分的結合態生物素亦可為腸部所吸收。(參考文獻 H M Said et al, Gastroenterology, 104(1), p. 75-80, 1993)
在大腸腔,有些細菌能製造生物素並釋出至大腸中,並由大腸所吸收;有些學者認為大腸中由細菌產生的生物素就足以提供人類每日所需,但有些學者則不認同,因此觀點仍具爭議性,無一致結論。
至於吸收後的生物素如何送至肝臟處或全身各處,則研究文獻至今仍無一定見解;可能由生物素脢輔助攜帶,或由血液中的蛋白質幫忙攜帶,或以自由態生物素的方式隨血液送至全身各處。
生物素,可以自由態生物素隨尿液排泄出去,或代謝成無活性之代謝物而排泄出去,如bisnorbiotin、biotin sulfoxide、及少量的bisnorbiotin methylketone與biotin sulfone。(參考文獻 D M Mock et al, J Nutr, 127, 365-369, 1997)
維生素B7之缺乏
維生素B7,每日所需的攝取量非常微量,加上大腸腔的某些益菌亦能製造提供維生素B7,對正常飲食的人,要造成維生素B7缺乏極為困難,因此維生素B7缺乏的人非常罕見。
為醫療實驗的目的,可讓人長期食用生的雞蛋蛋白,或長期極度偏食者,即會造成維生素B7缺乏的人,觀察其症狀,包含有圓禿型禿頭(alopecia totalis)、皮膚紅斑(erythematous)、剝脫性皮膚炎(exfoliative dermatosis)。(參考文獻 V P Sydenstricker et al, JAMA, 118(14), p. 1199-1200, 1942;L Sweetman et al, Pediatrics, 68(4), 553-558, 1981)
人體也可能因遺傳所致缺乏生物素脢(biotinidase deficiency,簡稱BTD),而致無法消化食物中結合態的生物素,遂產生維生素B7缺乏的症狀,此症狀通常在嬰兒時期就會顯現,其症狀包含有痙攣(seizures)、掉髮(loss of hair)、學習問題(learning problem)、成長問題(development problem)、喪失聽力(hearing loss)、及皮膚疹(skin rashes);然只要持續食用自由態生物素(free biotin)通常即可緩解維生素B7缺乏的症狀。
於此一提的是,人體若是因遺傳之故,導致生物素脢缺乏,或其它任一種羧化脢缺乏,由此所產生的病症,皆被稱為多發性羧化脢缺乏症(multiple carboxylase deficiency,簡稱MCD),因此多發性羧化脢缺乏症之治療方法並不單純。
維生素B7之基本特性
維生素B7為無色或白色晶體,熔點為攝氏232度,微溶於水及酒精,其鹽類則易溶於水,在中性沸水亦頗穩定,對光的照射亦略顯安定,但在強酸及鹼性溶液中則易受破壞。
維生素B7在各種烹飪過程,其防止流失的注意事項,實約略與維生素B1雷同,因此請讀者自行參考本部落格的貼文「維生素B1之生理功能與攝取」,即可得到相關資料。
維生素B7之過量問題
由於維生素B7為水溶性維生素,多餘的維生素B7可隨尿液排出,因此目前在研究文獻中,仍無研究者報告攝取過量維生素B7會引起副作用或毒性的問題。舉例來說,從已知維生素B7副作用的研究中,即使一星期3次靜脈注射維生素B7,1次50毫克,連續兩個月,發現亦無副作用的報告。(參考文獻 D Koutsikos et al, Renal Failure, 18, p. 131-137, 1996)而在另一研究中,即使每日服用或靜脈注射10毫克維生素B7,連續6個月,也亦無副作用的報告。(參考文獻 J-P Bonjour, Int J Vitam Res, 47, p. 107-118, 1977)因此在研究文獻中仍難找到因過量攝取維生素B7的副作用或毒性問題
目前並無足夠的研究資料,可以訂定攝取上限(upper limit,或UL)的值,亦即到底攝取多少才算過量,目前尚無定論。不過根據美國可靠營養品協會的資料所整理的資料,一般健康者還是以每日不攝取超過30-300微克(micron gram,或mg)為佳。(網址為http://www.crnusa.org/index.html,點選About Supplements,再點選Vitamins and Minerals,再點選Vitamin and Mineral Recommendations,最後再點選Historical Comparison of RDIs, RDAs and RDIs, 1968 to Present for Vitamins)
維生素B7與藥物或其它物質之交互作用
以下列舉數項與維生素B7產生交互作用(interactions)之例子,提供參考
(1)酒精:酒精會降低維生素B7之吸收能力。(參考文獻 S B Subramanya et al, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 300(3), G494-G501, 2011)
(2)抗痙攣藥劑:長期服用抗痙攣藥劑如phenobarbitone、phenytoin、carbamazepine、primidone等,已為人所熟知會降低血中維生素B7的濃度。(參考文獻 K H Krause et al, Int J Vitamin and Nutr Res, 52, p. 375-385, 1982;H M Said et al, Am J Clin Nutr, 49, p. 127-131, 1989)
(3)類固醇荷爾蒙:類固醇荷爾蒙(steroid hormones)如dexamethasone及dehydroepiandrosterone,會加速維生素B7排泄,而易導致維生素B7缺乏。(參考文獻 K S Wang et al, J Nutr, 127, p. 2212-2216, 1997)
行政院衛生署建議之每日維生素B7攝取量
行政院衛生署食品藥物管理局建議之每日維生素B7攝取量(mmg/d) http://www.fda.gov.tw/content.aspx?site_content_sn=285
年齡別 |
微克 |
0 ~ 6個月 |
5 |
7個月 ~ 1歲 |
6.5 |
1 ~ 3歲 |
9 |
4 ~ 6歲 |
12 |
7 ~ 9歲 |
16 |
10 ~ 12歲 |
20 |
13 ~ 15歲 |
25 |
16 ~ 18歲 |
27 |
19 ~ 歲 |
30 |
哺乳期,則應再增加攝取5微克
維生素B7之食物來源
維生素B7廣泛存在於各類食物中,然跟其它維生素B比起來,含量相對的非常低,就算含量豐富的肝臟,100克也約只有100微克而已。由於食物中,維生素B7含量甚低,量測不易且誤差變異太大,因此一般營養表都不會列入維生素B7的含量。維生素B7含量比較高的食物,主要為肝臟、腎、蛋黃、肌肉等,維生素B7含量還不錯的有糙米、魚、核果類、奶製品等。由於人體每日所需相當微量,只要不過度偏食,要造成維生素B7缺乏極為不易。
概略總結(SUMMARY)
人體每日所需的維生素B7實極微量,加上大腸中的某些益菌亦能製造維生素B7提供人體所需,因此一個人只要正常飲食、避免長期食用生蛋白、及不酗酒,要造成維生素B7缺乏幾乎極為罕見。