Thiamine (Vitamin B1): Định nghĩa, Tổng hợp, Hấp thụ, Vận chuyển và Phân phối

Thiamine (vitamin B1) là một loại vitamin tan trong nước và thuộc nhóm vitamin B. Dựa trên quan sát của bác sĩ người Hà Lan Christiaan Eijkman vào cuối thế kỷ 19 rằng các triệu chứng giống như beriberi xảy ra ở gà sau khi chúng được cho ăn gạo xát vỏ và đánh bóng, nhưng không phải sau khi chúng được cho ăn gạo hoặc cám gạo chưa xát và chưa đánh bóng, thiamine là còn được gọi là "vitamin kháng vi-rút." Sau khi cô lập chất bảo vệ beriberi từ vỏ trấu và đặt tên vitamin là Aneurin vào năm 1926 bởi Jansen và Donath, việc làm sáng tỏ cấu trúc và tổng hợp vitamin B1 bằng cách liên kết cả hai cấu trúc vòng đã được thực hiện vào năm 1936 bởi Williams và Windaus, và B vitamin được đặt tên là thiamine. Phân tử thiamine bao gồm một vòng pyrimidine và thiazole được liên kết bởi một nhóm methylene. Bản thân thiamine không tìm thấy ứng dụng điều trị mà chỉ là các muối ưa nước (tan trong nước) của chúng, chẳng hạn như thiamine clorua hydrochloride, thiamine mononitrate và thiamine disulfide, hoặc các dẫn xuất ưa béo (tan trong chất béo) của chúng (allithiamines), chẳng hạn như benfotiamine (S -benzoylthiamine-o-monophosphate; BTMP), bentiamine (dibenzoylthiamine) và fursultiamine (thiamine tetrahydrofurfuryl disulfide). Vitamin B1 khô ổn định ở 100 ° C. Dung dịch nước vitamin B1 ổn định nhất ở pH <5.5, nhưng không ổn định trong môi trường trung tính hoặc kiềm. Thiamine vừa có tính bền nhiệt (nhạy cảm với nhiệt), vừa nhạy cảm với ánh sáng và quá trình oxy hóa, đồng thời thể hiện tính đặc hiệu về cấu trúc hoặc cấu tạo cao. Những thay đổi nhỏ trong cấu trúc phân tử có liên quan đến việc giảm hiệu quả của vitamin, không hiệu quả, hoặc, trong một số trường hợp, một phương thức hoạt động đối kháng (đối lập). Các chất đối kháng thiamine, chẳng hạn như oxythiamine, pyrithiamine và amprolium, có thể ức chế (ức chế) thiaminase I và II (các enzyme phân cắt và kích hoạt thiamine) và ức chế sự liên kết của thiamine pyrophosphate có hoạt tính sinh học (TPP; từ đồng nghĩa: Thiamine diphosphate (TDP), cocarboxylase) thành apoenzyme của nó và ức chế cạnh tranh sự khử carboxyl (sự phân cắt của phân tử carbon dioxide (CO2)) của 2-oxoacid, tương ứng. Dung dịch tiêm truyền có chứa sulfit (SO2) dẫn đến sự phân hủy hoàn toàn của vitamin B1.

Hấp thụ

Thiamine được tìm thấy trong cả thực phẩm động vật và thực vật, nhưng chỉ ở nồng độ thấp. Trong khi thiamine có ở dạng tự do, không bị phosphoryl hóa trong thực vật, 80-85% vitamin B xuất hiện trong mô động vật tương ứng là TPP và TDP có hoạt tính sinh học, và 15-20% ở dạng thiamine monophosphate (TMP) và thiamine triphosphate (TTP) . Vitamin B1 được phosphoryl hóa khi ăn vào thức ăn sẽ bị khử phosphoryl hóa bởi các phosphatase không đặc hiệu của thành ruột (loại bỏ enzym của phốt phát nhóm) và do đó chuyển thành trạng thái có thể hấp thụ. Hấp thụ thiamine tự do cao nhất ở hỗng tràng (ruột rỗng), tiếp theo là tá tràng (tá tràng) và hồi tràng (hồi tràng). Chỉ một lượng nhỏ được hấp thụ trong dạ dàyđại tràng (ruột già). Đường ruột hấp thụ (hấp thu qua mô ruột) của thiamine là đối tượng của một liều-cơ chế kép phụ thuộc. Lượng sinh lý của vitamin B dưới đây a tập trung 2 µmol / l được hấp thụ bởi một năng lượng phụ thuộc natri-cơ chế vận chuyển trung gian. Do đó, quá trình vận chuyển vitamin B1 vào các tế bào niêm mạc (niêm mạc) ruột được hoạt động và bão hòa. Các chất tương tự cấu trúc, chẳng hạn như pyrithiamine, có thể ức chế vitamin B1 hoạt động hấp thụ bằng cách thay thế thiamine khỏi quá trình vận chuyển của nó protein nằm ở đỉnh (đối diện với phần trong của ruột) màng tế bào. Sự ảnh hưởng rượu or ethanol, mặt khác, bao gồm sự ức chế natrikali adenosine triphosphatase (Na + / K + -ATPase; enzyme xúc tác vận chuyển ion Na + ra khỏi tế bào và ion K + vào tế bào bằng cách phân cắt ATP) ở mặt đáy màng tế bào (quay mặt ra khỏi phần bên trong ruột), dẫn đến việc điều hòa quá trình vận chuyển thiamine cụ thể protein. Trên một tập trung 2 µmol / l, sự hấp thụ vitamin B1 xảy ra bằng cách khuếch tán thụ động, điều này không natri-phụ thuộc cũng như không thể bị ức chế bởi các chất đối kháng thiamine hoặc ethanol. Như được áp dụng (quản lý) liều tăng, phần trăm thiamine được hấp thụ giảm. Điều này một mặt là do sự điều tiết giảm của quá trình vận chuyển xuyên màng protein cho thiamine trong ruột niêm mạc tế bào (tế bào niêm mạc) từ vitamin B1 liều > 2 µmol / l và mặt khác, làm mất tác dụng của con đường hấp thụ thụ động so với cơ chế vận chuyển qua trung gian chất mang chủ động. Theo các nghiên cứu với thiamine dán nhãn phóng xạ đường uống, tỷ lệ hấp thụ khi uống 1 mg là ~ 50%, 5 mg ~ 33%, 20 mg ~ 25% và 50 mg ~ 5.3%. Tổng cộng, chỉ có thể hấp thụ tối đa 8-15 mg vitamin B1 mỗi ngày. So sánh các mẫu sinh thiết (mẫu mô) của ruột niêm mạc ở những bệnh nhân có và không bị thiếu thiamine cho thấy sự hấp thụ vitamin B1 ở ruột cao hơn đáng kể ở những bệnh nhân có tình trạng thiamine kém. Sự hấp thu tăng lên của vitamin B1 ở trạng thái thiếu là kết quả của việc điều chỉnh (điều chỉnh) các chất vận chuyển thiamine đỉnh trong ruột niêm mạc tế bào (tế bào niêm mạc). Thiamine được hấp thụ được phosphoryl hóa một phần trong các tế bào niêm mạc ruột (tế bào niêm mạc) bởi pyrophosphokinase cytosolic với sự phân cắt của adenosine triphosphat (ATP) thành TPP có hoạt tính đồng enzym (gắn enzym của phốt phát các nhóm). Ngoài cơ chế vận chuyển qua trung gian natri, pyrophosphokinase nội bào cũng được cho là bước giới hạn tốc độ trong quá trình vận chuyển tích cực thiamine vào và xuyên qua tế bào niêm mạc. Thiamine tự do và được phosphoryl hóa đi vào gan qua cổng thông tin tĩnh mạch, từ đó nó được vận chuyển qua đường máu đến các cơ quan và mô đích theo yêu cầu của chúng.

Vận chuyển và phân phối trong cơ thể

Vận chuyển vitamin B1 toàn bộ máu chủ yếu xảy ra trong các tế bào máu - 75% ở hồng cầu (tế bào hồng cầu) và 15% trong bạch cầu (trắng máu ô). Chỉ 10% vitamin B1 trong máu được vận chuyển theo phương pháp plasmatic, chủ yếu liên kết với albumin. Việc bổ sung vitamin B1 liều cao dẫn đến khả năng liên kết bị vượt quá, do đó lượng thiamine dư thừa sẽ được đào thải ra ngoài. Tổng lượng máu thay đổi trong khoảng 5-12 µg / dl. Tại các cơ quan và mô đích, thiamine được đưa vào các tế bào đích và mitochondria (“Nhà máy điện năng lượng” của tế bào) thông qua chất vận chuyển thiamine có ái lực cao (liên kết sức mạnh). Do tầm quan trọng sinh lý của vitamin B1 trong carbohydrate và sự chuyển hoá năng lượng, cơ tim (3-8 µg / g), thận (2-6 µg / g), gan (2-8µg / g), não (1-4 µg / g) và cơ xương nói riêng có nồng độ thiamine cao. Khi thiếu thiamine, do sự điều hòa (upregulation) của các protein vận chuyển xuyên màng, sự hấp thu vitamin B1 vào các tế bào đích được tăng lên. Thiamine tự do có thể được phosphoryl hóa thành TPP có hoạt tính sinh học trong tất cả các cơ quan và mô bằng pyrophosphokinase nội bào với sự tiêu thụ và tích lũy ATP của hai phốt phát các chất cặn bã. CÓ CỒN or ethanol ngăn cản sự hoạt hóa của thiamine tự do thành coenzyme TPP bằng cách ức chế cạnh tranh của pyrophosphokinase. Việc chuyển một nhóm photphat tiếp theo thành TPP nhờ một kinase có sự phân cắt của ATP dẫn đến TTP, nhóm này có thể được chuyển đổi trở lại TPP, TMP hoặc thiamine tự do, chưa được phosphoryl hóa dưới tác dụng của photphataza. Trong khi vitamin B1 được tìm thấy trong huyết tương, sữa mẹvà dịch não tủy (ảnh hưởng đến nãotủy sống) chủ yếu ở dạng tự do hoặc dưới dạng TMP, tế bào máu (bạch cầu; hồng cầu) và khăn giấy chủ yếu chứa TPP. Đối với TPP có hoạt tính cộng sinh nội bào, màng tế bào là không thấm (không thấm). TPP chỉ có thể rời khỏi tế bào sau khi thủy phân (phân cắt bằng phản ứng với nước) thông qua TMP để giải phóng thiamine. Quá trình phosphoryl hóa nội bào (sự gắn enzym của các nhóm phosphat) và giảm tính thấm của màng (tính thấm của màng) đối với thiamine đã được phosphoryl hóa cuối cùng đóng vai trò như một cơ chế bảo vệ để ngăn ngừa sự thất thoát vitamin B1 từ liều sinh lý (1-2 mg / ngày). Tổng dự trữ vitamin B1 trong cơ thể ở những người khỏe mạnh là 25-30 mg, trong đó khoảng 40% được tìm thấy trong cơ. Một cửa hàng thiamine theo nghĩa hẹp hơn không tồn tại. Do chức năng của nó như một coenzyme, vitamin B1 luôn liên kết (liên kết) với enzyme tương ứng và chỉ được giữ lại (được giữ lại bởi thận) ở mức độ yêu cầu hiện nay. Thời gian bán hủy sinh học của thiamine tương đối ngắn và được báo cáo là 9.5-18.5 ngày ở người. Khả năng lưu trữ hạn chế và tốc độ luân chuyển cao của vitamin B đòi hỏi lượng thiamine được cung cấp hàng ngày để đáp ứng yêu cầu, đặc biệt là trong các trường hợp tăng tiêu thụ vitamin B1 do tăng chuyển hóa, chẳng hạn như trong khi chơi thể thao, lao động nặng nhọc, trong mang thai và cho con bú, mãn tính rượu lạm dụng, và sốt.

Bài tiết

Sự bài tiết vitamin B1 phụ thuộc vào liều lượng. Trong phạm vi sinh lý (bình thường cho sự trao đổi chất), khoảng 25% thiamine được thải trừ qua thận (thông qua thận). Ở liều áp dụng cao, sự bài tiết vitamin B1 xảy ra gần như hoàn toàn qua thận sau khi bão hòa mô, với sự gia tăng đồng thời tỷ lệ thiamine được bài tiết qua mật và thiamine không được hấp thu trong phân. Hiệu ứng tràn thận này là một biểu hiện của sự tựtrầm cảm của các quá trình thanh thải ngoài thận (quá trình bài tiết) cũng như quá trình bão hòa tái hấp thu ở ống thận (tái hấp thu ở ống thận). Khoảng 50% thiamine được loại bỏ ở dạng tự do hoặc được ester hóa với một nhóm sulfat. 50% còn lại là chất chuyển hóa chưa được xác định cũng như axit thiaminecarboxylic, axit methylthiazoleacetic và pyramine. Lượng vitamin B1 càng cao thì chuyển hóa càng thấp và bài tiết thiamine tự do, không thay đổi càng nhiều.

allithiamine

Allithiamines, chẳng hạn như benfotiamine, bentiamine và fursultiamine, là các dẫn xuất thiamine ưa béo (tan trong chất béo), theo phát hiện của nhóm nghiên cứu Nhật Bản của Fujiwara vào đầu những năm 1950, được hình thành một cách tự nhiên trong các điều kiện sinh lý bằng cách kết hợp thiamine với allicin, thành phần hoạt tính trong tỏi và hành tây. Trong các dẫn xuất allithiamine, vòng thiazole, cần thiết cho hoạt động của vitamin, mở và lưu huỳnh nguyên tử được thay thế bằng một nhóm ưa béo. Chỉ sau khi đóng vòng thiazole bởi các hợp chất có chứa nhóm SH, chẳng hạn như cystein và glutathione, trong tế bào niêm mạc ruột (tế bào niêm mạc) và sau khi phốt phát hóa (enzym bổ sung nhóm phosphat) thành thiamine pyrophosphat có hoạt tính sinh học trong tế bào đích, các allithiamine có thể phát huy tác dụng vitamin của chúng trong cơ thể sinh vật. Do cấu trúc apolar của chúng, các allithiamines phải chịu các điều kiện hấp thụ khác với nước- các dẫn xuất thiamine không hòa tan, được hấp thụ theo động học bão hòa theo cách phụ thuộc vào năng lượng và natri với sự hỗ trợ của cơ chế chất mang. Sự hấp thu allithiamine vào các tế bào niêm mạc (tế bào niêm mạc) của ruột xảy ra sau khi quá trình khử phosphoryl hóa trước (loại bỏ các nhóm phosphate) bởi các phosphatase không đặc hiệu ở niêm mạc ruột (niêm mạc ruột) theo liều lượng tỷ lệ thuận với sự khuếch tán thụ động, nhờ đó các allithiamine đi qua đường ruột rào cản nhanh hơn và dễ dàng hơn so với nước- Các dẫn xuất thiamine không hòa tan do tính thấm qua màng tốt hơn (tính thấm qua màng). Các sinh khả dụng thuộc loại ưa mỡ benfotiamine cao hơn khoảng 5 đến 10 lần so với thiamine disulfide và thiamine mononitrate, tương ứng. Ngoài ra, allithiamine đạt được mức thiamine và TPP cao hơn trong máu toàn phần, các cơ quan đích và mô sau khi uống quản lý ở liều tương đối thấp và được giữ lại (giữ lại) trong cơ thể lâu hơn. Hilbig và Rahmann (1998), người đã nghiên cứu mô phân phối và số phận của nhãn phóng xạ benfotiamine và thiamine hydrochloride trong máu và các cơ quan khác nhau, đo được hoạt độ phóng xạ cao hơn đáng kể ở tất cả các cơ quan sau benfotiamine quản lý, Đặc biệt là trong gan và thận. Cao gấp 5 đến 25 lần tập trung benfotiamine được tìm thấy trong não và cơ bắp. Ở tất cả các cơ quan khác, hàm lượng benfotiamine cao hơn 10-40% so với thiamine hydrochloride.