Вітамін B1 (тіамін)

Тіамін, також відомий як тіамін або вітамін В1, це вітамін, який міститься в їжі і використовується як дієтична добавка. [2] Як добавка застосовується для лікування та профілактики дефіциту тіаміну та розладів, що виникають внаслідок цього, включаючи авітаміноз, синдром Корсакова та психоз Корсакова. Інші види застосування включають хворобу сечі з кленового сиропу та хворобу Лі. Його приймають всередину або ін’єкційно. [1]

Побічних ефектів, як правило, мало. Можуть виникати алергічні реакції, включаючи анафілаксію. Тіамін входить до сімейства комплексів B. Він необхідний для метаболізму вуглеводів. [1] Оскільки люди не в змозі це зробити, тіамін є важливою поживною речовиною. Джерелами їжі є цільні зерна, м’ясо та риба. [2]

Тіамін був відкритий у 1897 році, виділений у 1926 році та вперше виготовлений у 1936 році. [3] Він входить до списку основних лікарських засобів Всесвітньої організації охорони здоров’я, найбільш ефективних та безпечних ліків, необхідних у системі охорони здоров’я. [4] Тіамін доступний як загальний препарат та без рецепта. [1] Оптова вартість у країнах, що розвиваються, становить близько 2,17 дол. США за один г флакон. [5] У США місяць заміни становить менше 25 доларів США. [6] Деякі країни вимагають його додавання до певних продуктів, таких як зернові. [2]

Зміст

1 Медичне використання
- 1.1 Дефіцит тіаміну
- 1.2 Інше використання
2 Побічні ефекти
3Хімія
4Біосинтез
5 Харчування
- 5.1 Поширеність у продуктах харчування
- 5.2 Дієтичні довідкові споживання
- 5.3 Антагоністи
6Абсорбція та транспорт
- 6.1 Абсорбція
- 6.2Зв'язується з білками сироватки
- 6.3 Клітинне поглинання
- 6.4 Розподіл тканин
- 6.5 Екскреція
7Функція
- 7.1Тіамін дифосфат
- 7.2Тіамін трифосфат
- 7.3 Аденозин тіамін трифосфат
- 7.4 Аденозин тіамін дифосфат
8Історія
9Див. Також
10 Список літератури
11 Зовнішні посилання

Медичне використання

Дефіцит тіаміну

Див. Також: Дефіцит тіаміну

Тіамін використовується для лікування дефіциту тіаміну, який може призвести до летального результату. [7] У менш важких випадках неспецифічні ознаки включають нездужання, втрату ваги, дратівливість та сплутаність свідомості. [8]

До добре відомих синдромів, спричинених дефіцитом тіаміну, належать авітаміноз, синдром Верніке-Корсакова та невропатія зорового нерва.

Інше використання

Інші види застосування включають хворобу сечі з кленового сиропу та хворобу Лі. [1]

Побічні ефекти

Побічних ефектів, як правило, мало. [1] Можуть виникати алергічні реакції, включаючи анафілаксію. [1]

Хімія

Тіамін - це безбарвна сірчаноорганічна сполука з хімічною формулою C12H17N4OS. Його структура складається з амінопіримідину і тіазольного кільця, з’єднаних метиленовим містком. Тіазол заміщений бічними ланцюгами метилу та гідроксиетилу. Тіамін розчинний у воді, метанолі та гліцерині і практично не розчиняється в менш полярних органічних розчинниках. Він стабільний при кислому рН, але нестійкий у лужних розчинах. [7] [9] Тіамін, який є N-гетероциклічним карбеном, може бути використаний замість ціаніду як каталізатор конденсації бензоїну. [10] Тіамін нестійкий до нагрівання, але стабільний під час зберігання в замороженому стані. [потрібне цитування] Він нестійкий під впливом ультрафіолетового світла [9] та гамма-опромінення. [11] [12] Тіамін сильно реагує в реакціях типу Майяра. [7]

Біосинтез

3D-зображення рибоперемикача ТЕС з пов'язаним тіаміном

Складний біосинтез тіаміну відбувається у бактерій, деяких найпростіших, рослин та грибів. [13] [14] Тіазольний та піримідиновий фрагменти біоісинтезують окремо, а потім об'єднують, утворюючи ThMP під дією тіамін-фосфатсинтази (EC 2.5.1.3). Шляхи біосинтезу можуть відрізнятися у організмів. У E. coli та інших ентеробактерій ThmMP може фосфорилювати до кофактора ThDP за допомогою тіамін-фосфат-кінази (ThMP + ATP → ThDP + ADP, EC 2.7.4.16). У більшості бактерій та еукаріотів ThMP гідролізується до тіаміну, який потім може бути пірофосфорильований до ThDP за допомогою тіаміндіфосфокінази (тіамін + АТФ → ThDP + AMP, ЄС 2.7.6.2).

Біосинтетичні шляхи регулюються рибоперемикачами. Якщо в клітині присутня достатня кількість тіаміну, тоді тіамін зв'язується з мРНК для ферментів, необхідних у шляху, і перешкоджає їх трансляції. Якщо тіаміну немає, тоді не відбувається інгібування, і виробляються ферменти, необхідні для біосинтезу. Конкретний рибоперемикач, рибоперемикач ТЕС, є єдиним рибоперемикачем, ідентифікованим як у еукаріотичних, так і в прокаріотичних організмах. [15]

Харчування

Поява в продуктах харчування

Тіамін міститься в широкому діапазоні оброблених та цільних продуктів, серед яких найбільший вміст їстівних насіння, бобових, рису та оброблених продуктів, таких як сухі сніданки. [16] [17]

Сіль тіаміну мононітрат, а не тіамін гідрохлорид, використовується для збагачення харчових продуктів, оскільки мононітрат є більш стійким і не поглинає воду з природної вологості (негігроскопічний), тоді як гідрохлорид тіаміну є гігроскопічним. [потрібне цитування] Коли тіамін мононітрат розчиняється у воді, він виділяє нітрат (близько 19% від ваги), а потім поглинається як катіон тіаміну.

Деякі інші продукти, багаті тіаміном природно, - це кукурудзяне борошно, свинина, пекан і шпинат. [16] [17]

Дієтичні довідкові споживання

Рада з питань харчування та харчування Американського інституту медицини оновила Орієнтовні середні потреби (EAR) та Рекомендовані дієтичні норми (RDA) для тіаміну в 1998 році. Нинішні EAR для тіаміну для жінок та чоловіків віком від 14 років становлять 0,9 мг/день та 1,0 мг/добу відповідно; RDA - 1,1 та 1,2 мг/добу. RDA вищі, ніж EAR, щоб визначити суми, які охоплюватимуть людей із вищими за середні вимоги. RDA для вагітності дорівнює 1,4 мг/добу. RDA для лактації дорівнює 1,4 мг/добу. Для немовлят до 12 місяців достатнє споживання (ШІ) становить 0,2-0,3 мг/добу. а для дітей віком 1–13 років RDA збільшується з віком від 0,5 до 0,9 мг/добу. Що стосується безпеки, Рада з питань харчування та харчування Американського інституту медицини встановлює допустимі рівні верхнього споживання (відомі як UL) для вітамінів та мінералів, коли достатньо доказів. У випадку з тіаміном не існує UL, оскільки немає даних щодо побічних ефектів високих доз у людини. Європейське управління з безпеки харчових продуктів розглянуло те саме питання безпеки, а також дійшло висновку, що недостатньо доказів для встановлення UL для тіаміну. [18] У сукупності EAR, RDAs та ULs називаються дієтичними довідковими споживаннями. [19]

Для маркування харчових продуктів та дієтичних добавок у США кількість у порції виражається у відсотках від денної вартості (% DV). З метою маркування тіаміну 100% добової норми становило 1,5 мг, але станом на травень 2016 року його було переглянуто до 1,2 мг. Таблиця щоденних значень дорослих перед зміною наведена в Довідковому щоденному споживанні. Компанії, що займаються харчовими продуктами та добавками, мають дотриматися змін до 28 липня 2018 року.

Антагоністи

Тіамін у продуктах харчування може погіршуватися різними способами. Сульфіти, які додають до їжі, як правило, як консервант [20], атакують тіамін біля метиленового мосту в структурі, відриваючи піримідинове кільце від тіазольного кільця. [8] Швидкість цієї реакції збільшується в кислих умовах. Тіамін розкладається термолабільними тіаміназами (присутніми в сирій рибі та молюсках [7]). Деякі тіамінази виробляються бактеріями. Бактеріальні тіамінази - це ферменти клітинної поверхні, які перед активацією повинні дисоціювати від мембрани; дисоціація може відбуватися у жуйних тварин в ацидотичних умовах. Бактерії рубця також відновлюють сульфат до сульфіту, тому надмірне надходження в їжу сульфату може мати антагоністичну дію на тіамін.

Рослинні антагоністи тіаміну термостійкі і зустрічаються як орто-, так і пара-гідроксифеноли. Деякі приклади цих антагоністів - це кофеїнова кислота, хлорогенова кислота та дубильна кислота. Ці сполуки взаємодіють з тіаміном, щоб окислити тіазолове кільце, унаслідок чого воно не може засвоюватися. Два флавоноїди, кверцетин і рутин, також були залучені як антагоністи тіаміну. [8]

Поглинання та транспорт

Поглинання

Тіамін вивільняється під дією фосфатази та пірофосфатази у верхніх відділах тонкої кишки. При низьких концентраціях процес опосередковується носієм, а при більш високих концентраціях поглинання відбувається за допомогою пасивної дифузії. Активного транспорту найбільше в тонку кишку і клубову кишку; але активний транспорт може бути загальмований вживанням алкоголю та дефіцитом фолію. [7] Зниження всмоктування тіаміну відбувається при прийомі понад 5 мг на добу. [21] Клітини слизової оболонки кишечника мають тіамінпірофосфокіназну активність, але незрозуміло, чи пов'язаний фермент з активним всмоктуванням. Більша частина тіаміну, присутнього в кишечнику, знаходиться в пірофосфорильованій формі ThDP, але коли тіамін надходить на серозальну сторону кишечника, він часто знаходиться у вільній формі. Поглинання тіаміну клітиною слизової оболонки певним чином пов'язане з його фосфорилюванням/дефосфорилюванням. На серозальній стороні кишечника дані показали, що викид вітаміну цими клітинами залежить від Na + -залежної АТФази. [8]

Зв’язується з білками сироватки

Більшість тіаміну в сироватці крові зв’язується з білками, головним чином альбуміном. Приблизно 90% загального тіаміну в крові знаходиться в еритроцитах. Специфічний зв'язуючий білок, який називається тіамінзв'язуючим білком (TBP), був ідентифікований у сироватці щурів і вважається регульованим гормонами білком-носієм, важливим для розподілу тіаміну в тканинах. [8]

Поглинання клітин

Поглинання тіаміну клітинами крові та іншими тканинами відбувається за допомогою активного транспорту та пасивної дифузії. [7] Мозок потребує набагато більше тіаміну, ніж інші тканини тіла. Значна частина вживаного тіаміну ніколи не надходить до мозку через пасивну дифузію та гематоенцефалічний бар’єр. Близько 80% внутрішньоклітинного тіаміну фосфорилюється, і більша частина зв’язується з білками. У деяких тканинах поглинання та секреція тіаміну, як видається, опосередковується розчинним транспортером тіаміну, який залежить від Na + та трансклітинного градієнта протону. [8]

Розподіл тканин

Зберігання тіаміну в організмі людини становить близько 25-30 мг, з найбільшими концентраціями в скелетних м’язах, серці, мозку, печінці та нирках. ThMP і вільний (нефосфорильований) тіамін присутній у плазмі, молоці, спинномозковій рідині та, як припускається, у всіх позаклітинних рідинах. На відміну від сильно фосфорильованих форм тіаміну, ThMP і вільний тіамін здатні перетинати клітинні мембрани. Вміст тіаміну в тканинах людини менше, ніж у інших видів. [8] [22]

Виведення

Тіамін та його кислотні метаболіти (2-метил-4-аміно-5-піримідин-карбонова кислота, 4-метил-тіазол-5-оцтова кислота та тіамін-оцтова кислота) виводяться головним чином із сечею. [9]

Функція

Похідні його фосфату беруть участь у багатьох клітинних процесах. Найкраще охарактеризованою формою є тіамінпірофосфат (ТЕС), кофермент в катаболізмі цукрів та амінокислот. У дріжджах ТЕС також необхідна на першому етапі спиртового бродіння. Усі організми використовують тіамін, але він виробляється лише в бактеріях, грибах та рослинах. Тварини повинні отримувати його зі свого раціону, а отже, для людини це важливе поживне речовина. Недостатнє споживання у птахів виробляє характерний поліневрит.

Тіамін зазвичай розглядають як транспортну форму вітаміну. Відомо п’ять природних похідних тіамін фосфату: тіамін монофосфат (ThMP), тіамін дифосфат (ThDP), який іноді називають пірамідом тіаміну (TPP), тіамін трифосфат (ThTP) і нещодавно відкритий аденозин тіамін трифосфат (AThTP) і аденозин дифосфат (AThDP). Хоча коферментна роль тіаміндіфосфату добре відома і широко характеризується, некоферментна дія тіаміну та його похідних може бути реалізована завдяки зв'язуванню з низкою нещодавно виявлених білків, які не використовують каталітичну дію тіамін дифосфату [23]

Тіамін дифосфат

Жодна фізіологічна роль ThMP не відома; однак дифосфат є фізіологічно важливим. Синтез тіаміндифосфату (ThDP), також відомий як тіамін пірофосфат (ТЕС) або кокарбоксилаза, каталізується ферментом, який називається тіаміндіфосфокіназа, за реакцією тіамін + АТФ → ThDP + AMP (EC 2.7.6.2). ThDP - це кофермент для кількох ферментів, які каталізують перенесення двовуглецевих одиниць, зокрема дегідрування (декарбоксилювання та подальше кон'югування з коферментом А) 2-оксокислот (альфа-кетокислот). Приклади включають:

Присутні у більшості видів
- піруватдегідрогеназа та 2оксоглутаратдегідрогеназа (також звана α-кетоглутаратдегідрогеназа)
- α-кетокислотна дегідрогеназа з розгалуженими ланцюгами
- 2-гідроксифітаноїл-КоА ліаза
- транскетолаза
Присутні у деяких видів:
- піруватдекарбоксилаза (у дріжджах)
- кілька додаткових бактеріальних ферментів

Ферменти транскетолаза, піруватдегідрогеназа (PDH) та 2-оксоглутаратдегідрогеназа (OGDH) є важливими для обміну вуглеводів. Цитозольний фермент транскетолаза є ключовим фактором у шляху пентозофосфатного шляху, головним шляхом біосинтезу пентозних цукрів дезоксирибози та рибози. Мітохондріальні PDH та OGDH є частиною біохімічних шляхів, що призводять до утворення аденозинтрифосфату (АТФ), який є основною формою енергії для клітини. PDH пов'язує гліколіз з циклом лимонної кислоти, тоді як реакція, каталізована OGDH, є етапом, що обмежує швидкість у циклі лимонної кислоти. У нервовій системі PDH також бере участь у виробництві ацетилхоліну, нейромедіатора, та для синтезу мієліну. [24]

Тіамін трифосфат

Тіамін трифосфат (ThTP) тривалий час вважався специфічною нейроактивною формою тіаміну. Однак нещодавно було показано, що ThTP існує у бактеріях, грибах, рослинах і тваринах, що свідчить про набагато більш загальну клітинну роль. [25] Зокрема в Кишкова паличка, здається, він відіграє роль у відповідь на амінокислотне голодування. [26]

Аденозин тіамін трифосфат

Аденозин-тіамін-трифосфат (AThTP) або тіамінільований аденозинтрифосфат нещодавно був виявлений у кишкова паличка, де він накопичується в результаті вуглецевого голодування. [27] В Кишкова паличка, AThTP може становити до 20% загального тіаміну. Він також існує в менших кількостях у дріжджах, коренях вищих рослин і тканинах тварин. [28]

Аденозин тіамін дифосфат

Аденозин-тіамін-дифосфат (AThDP) або тіамінільований аденозин-дифосфат існує у невеликих кількостях у печінці хребетних, але його роль залишається невідомою. [28]

Історія

Тіамін був першим із описаних водорозчинних вітамінів [7], що призвело до відкриття більшої кількості таких мікроелементів, необхідних для виживання, і до поняття вітаміну.

У 1884 р. Канехіро Такакі (1849–1920), генеральний хірург японського флоту, відкинув попередню теорію зародків щодо авітамінозу і висунув гіпотезу про те, що хвороба була пов’язана з недостатністю дієти. [29] Переключивши дієту на корабель військово-морського флоту, він виявив, що замінивши дієту лише білим рисом, дієта також містить ячмінь, м’ясо, молоко, хліб та овочі, майже ліквідувала авітаміноз під час 9-місячного морського плавання. Однак Такакі додав багато продуктів до успішної дієти, і він неправильно приписував перевагу збільшенню споживання азоту, оскільки вітаміни на той час були невідомими речовинами. Військово-морський флот також не був переконаний у необхідності такої дорогої програми поліпшення раціону харчування, і багато чоловіків продовжували помирати від авітамінозу навіть під час російсько-японської війни 1904-5. Лише в 1905 році, після того, як фактор анти-авітамінозу був виявлений у рисових висівках (видалених поліруванням у білий рис) та в коричневому ячмінному рису, експеримент Такакі був винагороджений, зробивши його бароном в японській системі п'єра, після чого він був ласкаво називається "Ячмінний барон".

Конкретний зв’язок із зерном здійснив у 1897 р. Крістіан Ейкман (1858–1930), військовий лікар з Нідерландських Індійських островів, виявив, що у птахів, що харчуються дієтою з вареного, шліфованого рису, розвивається параліч, який можна скасувати, припинивши полірування рису. [30] Він приписував авітаміноз нерву отрута в ендоспермі рису, від якого зовнішні шари зерна забезпечували захист організму. Співробітник, Герріт Грінс (1865–1944), правильно інтерпретував зв’язок між надмірним споживанням шліфованого рису та авітамінозом у 1901 році: він дійшов висновку, що рис містить важливу поживну речовину у зовнішніх шарах зерна, яка видаляється поліруванням. [31]

Зрештою Ейкман був нагороджений Нобелівською премією з фізіології та медицини в 1929 році, оскільки його спостереження призвели до відкриття вітамінів. Ці сполуки були названі польським біохіміком Казимиром Функ. У 1911 р. Казимир Функ виділив протиневритичну речовину з рисових висівок, яку він назвав "вітаміном" (через те, що вона містить аміногрупу). Нідерландські хіміки Баренд Коенраад Петрус Янсен (1884–1962) та його найближчий співробітник Віллем Фредерік Донат (1889–1957) продовжували ізолювати та кристалізувати активний агент у 1926 році [32], структура якого була визначена Робертом Раннелсом Вільямсом (1886 –1965), американський хімік, в 1934 р. Тіамін («сірковмісний вітамін») був синтезований в 1936 р. Тією ж групою. [33]

Тіамін був вперше названий "аневрином" (для антиневритичного вітаміну). [34] Сер Рудольф Пітерс з Оксфорда представив голубів, позбавлених тіаміну, як модель для розуміння того, як дефіцит тіаміну може призвести до патолого-фізіологічних симптомів авітамінозу. Дійсно, годування голубів шліфованим рисом призводить до легко впізнаваної поведінки втягування голови - стану, що називається опистотонос. Якщо не лікувати, тварина загине через кілька днів. Введення тіаміну на стадії опитотоносу призведе до повного вилікування тварини протягом 30 хв. Оскільки жодних морфологічних модифікацій у мозку голубів не спостерігалося до і після лікування тіаміном, Пітерс представив поняття біохімічного ураження. [35]

Коли Ломан і Шустер (1937) показали, що похідне дифосфорильованого тіаміну (тіамін дифосфат, ThDP) є кофактором, необхідним для окислювального декарбоксилювання пірувату, [36] (реакція, яка, як відомо, каталізується піруватдегідрогеназою), механізм дії тіаміну в клітинному метаболізмі, здавалося б, з’ясовано. В даний час ця точка зору здається надто спрощеною: піруватдегідрогеназа - лише один із кількох ферментів, що потребують тіамін дифосфату як кофактора; крім того, з тих пір були відкриті інші похідні тіамін фосфату, і вони також можуть сприяти симптомам, що спостерігаються під час дефіциту тіаміну.

Нарешті, механізм, за допомогою якого тіаміновий фрагмент ThDP здійснює свою коферментну функцію за допомогою заміщення протонів у положенні 2 тіазоліумрінгу, був висвітлений Рональдом Бреслоу в 1958 р.