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维他命s 维生素是人体必需的微量营养素，它们无法由人体自身合成，必须从外部获取，例如通过饮食。维生素不能像糖类那样产生能量。 蛋白质 维生素和脂肪虽然对人体健康有益，但它们确实能够调节机体的新陈代谢。众所周知，维生素缺乏会导致多种健康问题，例如，维生素A缺乏会导致夜盲症和干眼症，维生素C缺乏会导致坏血病，维生素D缺乏会导致佝偻病等等。因此，摄入适量的维生素对于维持身体健康至关重要。近年来，市面上出现了大量以维生素为基础的补充剂。 营养补充剂, 其中一种叫做“生物素”的物质，据称对头发和指甲的生长、皮肤修复和营养代谢至关重要。

历史 生物素

生物素，又称维生素H或辅酶R，是水溶性B族维生素的一种，其众多名称与其40年的研究历史密不可分。1916年，生物化学家W.G. Bateman发现，大量食用生蛋清的老鼠会出现脱毛和皮肤损伤。1936年，德国化学家F. Kögl和J. Kögl发现生蛋清会损伤老鼠的皮肤。同年，德国化学家F. Kögl和B. Tönnis从煮熟的蛋黄中分离出一种能促进酵母生长的结晶物质，并将其命名为“生物素”（Biotin）。不久之后，美国科学家P. György于1937年发现了一种能够预防皮炎和脱发（由喂食生蛋清的大鼠引起）的物质，并根据德语中“Haut”（皮肤）和“Haar”（头发）的首字母将其命名为“生物素”（Biotin）。因此，利用德语中表示皮肤和头发的单词“Haut”和“Haar”的首字母，该物质被命名为“维生素H”。值得注意的是，美国生物化学家F.E. Allison等人也于1933年从蛋黄中分离出一种对根瘤菌（Rhizobium leguminosarum）生长至关重要的物质，并提出该物质是呼吸作用的辅助因子，将其命名为“辅酶R”。辅酶R”。直到1940年，P. György和V. Vigneaud等人才通过实验证明，所谓的生物素、辅因子R和维生素H都是同一种物质。同时，由于生物素是化学家发现的第七种B族维生素，因此被命名为维生素B7。

生物素的生理功能

生物素是人体代谢中与羧化和脱羧反应相关的酶系统的辅助因子，能够参与羧化反应、糖原异构化和蛋白质合成。因此，生物素对生命、上皮组织的生长和维持以及生殖至关重要。此外，生物素在体内碳水化合物、脂肪酸、蛋白质和核酸的代谢中也发挥着重要作用。大多数情况下，人们更关注自身的营养和健康功能，目前普遍认为生物素对维持皮肤、指甲和头发的正常功能具有积极作用，而生物素缺乏会导致头发稀疏、失去光泽、头发变白和脱发，以及皮炎和湿疹等皮肤症状。然而，由于生物素来源广泛（存在于多种食物中，包括蛋黄、坚果、豆类、鱼类和水果），因此无需额外补充即可通过日常饮食摄取。然而，研究也表明，糖尿病、怀孕和营养不良会导致生物素缺乏，需要适当补充外源性生物素。

生物素生物合成

生物素在自然界中由植物和细菌合成，以维持正常的生理功能。植物和细菌合成生物素的起始原料和反应途径相同。具体而言，以L-丙氨酸1和庚二酸2为起始原料，首先通过缩合反应生成7-羰基-8-氨基壬酸3，然后通过羰基的转氨反应生成7,8-二氨基壬酸4。接下来，生物素合成酶（脱硫生物素合成酶）催化生物素的合成。在脱硫生物素合成酶（DBS）的作用下，进一步缩合生成脱硫生物素5，最后在生物素合成酶的作用下得到最终产物。

生物素的化学合成

如前所述，生物素在脂肪酸的生化合成、糖酵解等生化反应中发挥着重要作用，人体内生物素缺乏会导致多种营养性疾病。此外，家禽缺乏生物素也会导致生长迟缓、发育不良甚至死亡，尤其随着家禽和畜牧业的不断发展，对生物素作为饲料添加剂的需求急剧增加。因此，生物素的化学合成势在必行。

目前文献报道的生物素全合成策略主要分为两类，即对映选择性合成和立体专一性合成。在前一种情况下， 富马酸 以手性化合物为原料，通过不对称合成或其他手性技术构建分子中的三个手性碳中心，并经多步反应最终得到具有足够光学纯度的目标产物。另一种策略是使用手性化合物（例如L-半胱氨酸）作为起始原料，借助原料中固有的手性碳原子，通过结构转化构建生物素分子，进而合成目标生物素分子。

1946年，罗氏公司的研究人员戈德堡和斯特恩巴赫报道了生物素的首例不对称全合成。他们以富马酸1为起始原料，首先进行双溴化反应，然后用苄胺对卤素原子进行亲核进攻，随后与光气进一步反应得到中间体2。中间体2经分子内脱水反应生成酸酐化合物3。在乙酸酐存在下，用锌金属对酸酐进行部分还原，生成外消旋化合物4。化合物4进一步还原得到化合物5。之后，用格氏试剂将侧链引入环状骨架，并通过后续的消除反应，生成关键结构单元6。通过对化合物 6 中的双键进行立体选择性氢化，得到嵌段 7；随后，通过手性樟脑磺酸盐参与的酸性裂解和逐步结晶过程，得到关键的手性嵌段 9；最后，对化合物 9 进行亲核开环反应，并在酸性条件下用丙二酸二乙酯钠盐进行脱保护，得到最终的手性纯生物素[4]。值得注意的是，Goldberg 和 Sternbach 团队的开创性研究为 (+)-生物素工业化合成路线的设计奠定了坚实的基础，因此，该路线在文献中被称为 Hoffmann-La Roche (HLR) 路线。2001 年，陈芬尔课题组改进了 HLR 路线，开辟了一条更完善的工业化合成路线。

生物素的应用

除了作为营养添加剂外，生物素在生物化学研究中也具有广泛的应用。例如，鸡蛋中的卵清蛋白能与生物素牢固且几乎不可逆地结合，这使得生物素能够与靶分子结合，并利用卵清蛋白进行检测。此外，生物素在多种生理和病理过程中均表现出较低的毒性，因此可被设计为靶向选择性药物载体，用于将抗癌药物有效递送至肿瘤细胞。目前，含生物素的小分子已发展成为一类具有良好应用价值的生物功能分子，这些化合物具有合成简单、易于功能化和高特异性等优点。

生物素是生物生长发育过程中一种非常重要的营养素，能够参与机体的多种代谢活动，广泛应用于食品、医药、饲料、发酵等领域，同时对工农业生产以及人们的日常生活也具有重要影响。因此，近年来生物素备受化学家和生物学家的关注。此外，科学家们也开始发现生物素分子还具有其他全新的功能。因此，生物素将在未来的研究领域做出更加重要的贡献。

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