生物素(biotin)又称维生素B7、维生素H或辅酶R,是一种水溶性B族维生素,在体内用作羧基载体,缺乏可引起皮炎。
生物素由杂环核心与戊酸侧链构成,杂环核心的咪唑酮环部分可以运载羧基,侧链羧基可以通过酰胺键与羧化酶的赖氨酸残基相连。生物素是羧基载体,其N1可在耗能的情况下被二氧化碳羧化,然后再将这个羧基提供给受体分子。这个反应需要ATP,所以羧化酶在分类上属于连接酶。
我们在生化学习过程中,涉及到的此类羧化酶主要有四个,涉及糖、脂、氨基酸代谢与三羧酸循环:
乙酰辅酶A羧化酶:脂肪酸合成的限速酶,用于活化二碳片段。
丙酰辅酶A羧化酶:丙酸代谢的关键酶,参与奇数碳脂肪酸、甲硫氨酸和异亮氨酸的分解代谢,也是它们生糖所必需的。
丙酮酸羧化酶:生成草酰乙酸,参与三羧酸循环的回补以及糖异生。
甲基巴豆酰辅酶A羧化酶:参与亮氨酸碳架氧化。
在生鸡蛋清中有一种抗生物素蛋白(avidin),能与生物素紧密结合,使其失去活性,所以鸡蛋不宜生吃。当年发现生物素的起因,就是观察到生蛋清含量高的饮食会导致狗、猫、兔子和人类出现中毒症状,包括皮炎、脱发和肌肉协调性丧失。不过,利用这种特异性结合,可以进行许多生物分子的检测,称为生物素标记。
这方面一般把抗生物素蛋白称为亲和素,它是一种4个亚基的碱性糖蛋白,耐热,抗蛋白酶水解,而且与生物素结合后更加稳定。生物素与亲和素之间的结合是目前已知强度最高的非共价作用之一,解离常数Kd为10-15mol/L,比抗原与抗体间的亲和力高1万倍以上。利用这种超强的亲和力进行生物分子的测定非常灵敏。比如,把生物素的侧链羧基连接到某个蛋白质上,再加入荧光标记的亲和素,就可以让这个蛋白质产生荧光,可以用荧光显微镜观察。生物素分子小,对蛋白质功能的干扰很小,所以是一种比较理想的标记方法。这种技术可以用于生物分子的亚细胞定位研究,细胞分选,生物传感器,以及医学诊断等多种领域。
蛋清中的亲和素由于带有糖链,所以容易和某些细胞表面的多糖发生非特异性结合,产生干扰信号。链霉亲和素(streptavidin)是链霉菌分泌的亲和素,不含糖基,所以链霉亲和素的特异性更强,适用范围也更广泛。
生物素耐酸怕碱,怕高温和氧化。不过,大多数食物都含有生物素,肠道细菌也可以合成。人体需要的生物素不多,所以生物素缺乏是很罕见的,不需要特别补充。