В конце прошлого века тысячи моряков на японских судах страдали, а многие из них умирали мучительной смертью от таинственной болезни, называвшейся «бери-бери». Одной из загадок бери-бери было то, что моряки на судах других стран этой болезнью не болели.
В 1882 г. японский морской врач Канегиро Такаки в своей работе, вполне заслуживающей названия «медицинского детектива», показал, что решение проблемы борьбы с этой болезнью заключается в правильном питании. Он обнаружил, что замена очищенного риса, составлявшего в основном рацион питания японских моряков, неочищенным не только помогает излечиться от болезни, но и предотвращает ее появление. Такаки предположил, что в рисовой шелухе содержатся какие-то важные белки, которых недоставало в пище болевших матросов.
Последующая работа показала, что такое предположение правильно лишь отчасти. В рисовой шелухе действительно находится существенно важный для правильного питания фактор, однако вещество это не является белком. Это небольшая органическая молекула, называемая тиамином, который служит коферментом, т. е. действует вместе с ферментом (являющимся белком), катализируя специфические обменные химические реакции.
Одной из важных обменных реакций, требующих участия тиамина, является реакция декарбоксилирования пировиноградной кислоты
В гл. 2 было показано, что эта реакция «питает» цикл образования лимонной кислоты — очень важную последовательность реакций, которая служит источником энергии для живых систем, ведущих аэробный образ жизни. Не удивительно, что недостаток тиамина приводит к сильнейшему клеточному истощению * .
* ( Тиамин — единственный из известных коферментов, для которого диагноз надвигающегося недостатка витамина можно поставить химическим путем, до того как разовьется болезнь бери-бери.)
Растения могут синтезировать тиамин, а животные и человек такой способностью не обладают; некоторые бактерии и грибы также не способны синтезировать тиамин. Таким образом, и животные, и человек должны получать тиамин с пищей, и, поскольку соединение это не относится ни к белкам, ни к углеводам, ни к жирам, его назвали витамином и произвольно обозначили как витамин B1. Большое количество этого витамина содержат яйца, мясо, горох и бобы. Суточная потребность человека составляет 1-3 мг витамина В1.
Впервые витамин B1 был выделен в 1926 г. из рисовой шелухи. Спустя десять лет была установлена его структура и осуществлен синтез. Молекула этого витамина состоит из двух циклических компонентов, соединенных мостиком из одного атома углерода. В этом смысле она напоминает молекулу хинина. Однако циклические компоненты тиамина отличаются от компонентов хинина. Тиамин содержит пиримидиновое кольцо (которое уже встречалось, когда речь шла о нуклеиновых кислотах) и кольцо тиазола. Тиазольное кольцо содержит атом серы и атом азота.
Установление структуры витамина B1 не представляло особых трудностей еще и потому, что его молекулу можно расщепить на две части в очень мягких условиях. Сульфит-ион в почти нейтральном водном растворе атакует мостиковый атом углерода, в результате чего освобождается тиазольное кольцо
Мостиковый углеродный атом тиамина подвержен нуклеофильной атаке вследствие мощного электроноакцепторного воздействия положительно заряженного атома азота. Сульфогруппу можно удалить действием раствора металлического натрия в безводном жидком аммиаке
Ультрафиолетовые спектры как сульфокислотного производного, так и продукта его восстановления показали, что эти соединения могли бы быть пиримидинами; такая их структура впоследствии была подтверждена синтезом.
На основании ультрафиолетовых спектров также предположили, что другая часть молекулы, получаемая в результате разложения молекулы под действием сульфита, может содержать тиазольное кольцо. При окислении этого фрагмента азотной кислотой получилось известное производное тиазола 4-метилтиазол-5-карбо-новая кислота
Тиазольный фрагмент до окисления азотной кислотой не содержит карбоксильной группы, а потому атом углерода, входящий в карбоксильную группу, должен изменяться в процессе этой реакции. Согласно данным элементного анализа, до окисления этот фрагмент содержал шесть атомов углерода и лишь один атом кислорода. Известно, что этот атом кислорода входит в гидроксильную группу, поскольку он может образовать сложный эфир. Все эти данные указывают на две возможные структуры тиазольного фрагмента — одну с первичной спиртовой группой, другую со вторичной спиртовой группой.
Первичные и вторичные спирты можно легко различить при помощи простых химических реакций. Эти реакции показали, что в тиазольном фрагменте содержится первичная спиртовая группа. Структура, включающая вторичную спиртовую группу, имеет также асимметричный углеродный атом, а потому ее можно было бы разделить на оптически активные фракции. Однако тиазольный фрагмент на оптически активные антиподы не разделяется. Синтез структуры, содержащей первичную спиртовую группу, подтвердил ее идентичность с тиазольным фрагментом.
Этим завершается установление структуры обоих фрагментов молекулы тиамина, однако вопрос о том, как же эти фрагменты связаны друг с другом, остается без ответа. На характер соединения этих фрагментов друг с другом указывают следующие данные. Во-первых, молекула тиамина не содержит сульфогруппы, поэтому атом углерода, сульфируемый сульфит-ионом, должен участвовать в соединении фрагментов. Во-вторых, издавна известно, что тиамин является четвертичным аммониевым соединением, т. е. существует в виде соли. Единственным атомом азота, который может отвечать этим требованиям и способен связать оба фрагмента, является атом азота тиазола. Следовательно, мостиковый атом углерода должен быть присоединен к атому азота тиазола, как показано ниже:
Теперь, когда структура тиамина установлена, интересно узнать, как он действует в организме в роли витамина. Мы уже говорили о том, что он представляет собой кофермент, участвующий в реакции декарбоксилирования пировиноградной кислоты, питающей важнейший цикл лимонной кислоты. В качестве кофермента тиамин присутствует во всех живых клетках в виде эфира пирофосфорной кислоты
Этот кофермент называется кокарбоксилазой, поскольку он действует совместно с ферментом карбоксилазой, катализирующей декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Полностью ферментативная система состоит из белка с молекулярным весом около 150000, одной молекулы кофермента и пяти атомов магния.
Активным центром кофермента считают атом углерода, расположенный между атомом серы и четвертичным атомом азота
Этот атом углерода сначала теряет протон и становится отрицательно заряженным нуклеофилом
В качестве нуклеофила он может атаковать входящий в кетогруппу углеродный атом аниона пировиноградной кислоты (R-радикал, изображенный выше)
Мощное электроноакцепторное воздействие положительно заряженного четвертичного атома азота облегчает в этом случае декарбоксилирование аниона пировиноградной кислоты
Восстановление системы сопряженных двойных связей тиазольного кольца приводит к образованию стабильного карбаниона
В этой молекуле возможен сдвиг протона и высвобождение продукта декарбоксилирования, в результате чего вновь получается исходный тиазол, являющийся нуклеофилом
В пользу такого механизма действия витамина B1 свидетельствуют два факта. Во-первых, было синтезировано одно из приведенных выше промежуточных соединений — оксиэтилтиамин, которое по биологической активности почти не отличается от самого витамина B1
Во-вторых, это промежуточное соединение было выделено из микроорганизмов.
Как показано в суммарной реакции цикла лимонной кислоты в гл. 2, образующийся ацетальдегид затем окисляется и включается в цикл.
Источник
Тиамин (Витамин В1)
ТИАМИН — ВИТАМИН B1
Витамин В1 (тиамин, старое название — аневрин) был открыт в 1926 году. Он представляет собой бесцветные кристаллы с запахом дрожжей, хорошо растворимые в воде, плохо растворимые в органических растворителях и совсем нерастворимые в спирте. В щелочной среде в ультрафиолетовой области спектра витамин В1 проявляет флуоресцентные свойства. Это свойство является основой метода определения тиамина в биологических объектах.
Витамин В1 термостабилен — он выдерживает нагревание до 140°C в кислой среде, но в щелочной и нейтральной средах устойчивость к высоким температурам снижается.
В природе витамин В1 синтезируется растениями и многими микроорганизмами. Животные и человек не могут синтезировать тиамин и получают его вместе с пищей. В тиамине нуждаются все животные за исключением жвачных, так как бактерии в их кишечнике синтезируют достаточное его количество.
Химическая формула витамина В1 — C12 H 17 N4 O S
Всасываясь из кишечника, тиамин в присутствии магния превращается в свою активную форму тиаминпирофосфат. Другими производными тиамина являются: тиаминтрифосфат, аденозинтиаминдифосфат, аденозинтиаминтрифосфат.
РОЛЬ ВИТАМИНА В1 В ОРГАНИЗМЕ
Все витамины группы В работают в «тесном сотрудничестве» и витамин В1 не исключение. Тиамин играет огромную роль в организме человека, оказывая регуляторное действие на его важнейшие функции:
Необходим для передачи нервных импульсов (за счет участия в синтезе ацетилхолина). Таким образом, улучшает работу нервной системы. Помогает улучшению психического состояния. Витамин B1 иногда называют витамином оптимизма.
Играет особо важную роль в углеводном обмене и связанных с ним энергетическом, жировом, белковом и водно-солевом обмене.
Способствует процессам кроветворения и улучшает циркуляции крови по сосудам.
Снижает уровень гомоцистеина — аминокислоты, высокий уровень которой сопряжен с риском инфарктов и инсультов.
Не дает стареть клеткам мозга, позволяет сохранить хорошую память до глубокой старости, оптимизирует познавательную активность и функции мозга.
Улучшает работу желудочно-кишечного тракта, нормализуя кислотность желудочного сока, помогает перевариванию, особенно усвоению углеводов, необходим для тонуса мышц пищеварительного тракта.
Обладает болеутоляющим свойством, ослабляет зубную послеоперационную боль.
Тиамин в комплексе с другими витаминами группы В и аскорбиновой кислотой, помогают организму противостоять инфекционным и вирусным заболеваниям.
Способствует лечению опоясывающего лишая.
Препятствует разрушению клеток вследствие возраста и действия курения и алкоголя, т.е. проявляет себя как антиоксидант.
Тиамин, активно взаимодействуя с витамином В12 и фолиевой кислотой, участвует в синтезе метионина — аминокислоты, необходимой для обезвреживания токсичных продуктов.
Снижает уровень холестерина в крови.
Способствует заживлению ран, активно участвуя в клеточном обмене веществ.
Витамин В1 содержится во многих продуктах как растительного происхождения (особенно в орехах и крупах), так и животного (свинина, печень, почки). В небольшом количестве он синтезируется бактериями, обитающими в кишечнике человека. Правильно построить свой рацион Вам поможет таблица, показывающая уровень содержания тиамина в различных продуктах.
Данные достаточно условные, содержание витамина В1 сильно зависит от почвы, где продукт произрастал. Длительное (например, 12 месяцев) хранение продуктов в холоде может также привести к его существенным потерям. Зеленые бобы, например, теряют более 90% от их первоначального содержания тиамина за один год хранения в замороженном состоянии. Потеря его для других продуктов изменяется в диапазоне 20-60%.
ДЕЙСТВИЕ ВИТАМИНА В1 В ОРГАНИЗМЕ
В организме тиамин переходит в активную форму тогда, когда есть магний. Вместе с продуктами, содержащими тиамин, включайте в своё питание и продукты, богатые магнием: овсяные и пшеничные отруби, орехи и морские водоросли, какао, курагу, кунжут, соевые бобы, шпинат и креветки.
Главная причина низкого уровня тиамина – это высокое потребление алкоголя. Чай и кофе в больших количествах также выводят тиамин из организма, так что лучше пить поменьше этих напитков, а витаминные препараты, если вам их назначили, запивать чистой водой. Некоторые продукты, в частности сырая рыба, очень быстро расщепляют тиамин.
В составе продуктов питания все витамины и минералы обычно прекрасно дополняют действие друг друга, а вот в случае с инъекциями возможно нежелательное взаимодействие тиамина с витамином В6 и витамином В12, если их ввести одновременно. В этом случае, если у человека возникает аллергическая реакция на тиамин, витамин В6 и витамин В12 могут усилить её в несколько раз.
Тиамин несовместим также с пенициллином, стрептомицином или никотиновой кислотой. Сульфаниламиды, а также спиртосодержащие препараты нарушают нормальное всасывание витамина В1. Антагонистом тиамина является холин. Антибиотики, лекарства, содержащие серу, оральные контрацептивы, антацидные препараты могут снижать уровень тиамина в организме.
СУТОЧНАЯ ПОТРЕБНОСТЬ ОРГАНИЗМА В ВИТАМИНЕ В1
Физиологические потребности в витамине В1 согласно Методическим рекомендациям МР 2.3.1.2432-08 о нормах физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации:
Верхний допустимый уровень не установлен.
Уточненная физиологическая потребность для взрослых – 1,5 мг/сутки.
Физиологическая потребность для детей – от 0,3 до 1,5 мг/сутки.
Таблица 1. Рекомендуемая суточная норма потребления тиамина (витамина В1) в зависимости от возраста (мг):
Подавляющее большинство людей нуждается в дополнительном приеме витамина В1. Например, больше тиамина нужно, если большую часть рациона питания составляет вареная пища или рафинированные мучные и зерновые продукты. Люди, употребляющие алкоголь и чай, также нуждаются в более высоких дозах. В условиях холодного климата потребность в тиамине увеличивается до 30-50%.
НЕДОСТАТОК ВИТАМИНА В1 В ОРГАНИЗМЕ
Гиповитаминоз витамина B1 может развиться в случае, если недостаточно его поступление с пищей или если по каким-либо причинам он не усваивается. При этом не только нарушается нормальное течение регулируемых им процессов, но и накапливаются токсичные продукты обмена углеводов (молочная и пировиноградная кислоты).
Основной враг витамина B1 является алкоголизм. Люди, употребляющие в больших количествах кофе, особенно растворимый, чай и рафинированный сахар также могут иметь повышенный риск дефицита тиамина, так как эти напитки с одной стороны активно разрушают витамины группы В, а с другой действуют как диуретики (мочегонное) и выводят жидкость с водорастворимыми витаминами из организма.
Ранними симптомами недостатка витамина В1 являются: повышенная раздражительность, постоянная усталость, отсутствие аппетита и снижение памяти. Затем появляются: ухудшение сна, вялость, мышечная слабость, зуд и покалывание в ногах, подавленность.
При более остром и длительном дефиците тиамина возникает ряд патологических симптомов: Со стороны нервной системы: головная боль, периферические полиневриты— воспаление нервов, парезы — ослабление двигательных функций, в тяжелых случаях параличи. Со стороны сердечно — сосудистой системы: тахикардия — учащение сердцебиения, боли в сердце, расширение сердца, ослабление сердечной деятельности, одышка, отеки. Со стороны пищеварительных органов: значительное снижение аппетита и тонуса кишечника, запоры, боли в животе, тошнота.
Выраженность этих симптомов зависит от степени дефицита витамина В1 в организме.
ВИТАМИН В1 – ЛЕЧЕНИЕ БОЛЕЗНЕЙ
Одним из заболеваний связанным с недостаточностью витамина В1 (тиамина) является алиментарный полиневрит (или Бе́ри-бе́ри; по-сингалезски (Цейлон) «крайняя слабость», от beri слабость). Развитие данной болезни вызывается как недостатком витамина В1 (тиамина) в питании, так и нарушением его (тиамина) усвоения в организме. Бери-бери характеризуется амиотрофией, расстройствами сердечно-сосудистой системы, полиневритом.
Витамин В1 употребляется при лечении органических дисфункций мозга, таких как «синдром органического поражения мозга«, помогает улучшить функционирование мозга у здоровых людей, повышая способность к обучению. Дополнительный прием тиамина помогает при лечении депрессии и других психических заболеваний. Тиамин улучшает функции нервной системы и понижает боль при разнообразных неврологических болезнях.
Применяется при: невритах, полиневритах, периферических параличах, астеновегетативном синдроме и др.
Витамин В1 назначается при болезнях сердечнососудистой системы, таких как: недостаточность кровообращения, миокардит, эндартериит. Дополнительный прием тиамина нужен во время применения диуретических препаратов при гипертонии, застойной сердечной недостаточности, т. к. они повышают его выведение из организма.
В дерматологической практике витамин В1 употребляется при дерматозах неврогенного происхождения, зуде кожи различной этиологии, пиодермии, экземе, псориазе.
Применение витамина В1 показано для лечения заболеваний органов пищеварения:
Язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки.
Хронический гастрит, сопровождающийся нарушениями двигательной и секреторной функций желудка.
Хронический панкреатит с секреторной недостаточностью.
Гепатит.
Энтероколит.
Болезни оперированного желудка.
Цирроз печени.
Сахарный диабет.
Ожирение.
Тиреотоксикоз.
Для профилактики и комплексного лечения данных заболеваний, а также других заболеваний, связанных с дефицитом тиамина, в т.ч. при нарушениях всасывания витамина В1 в кишечнике, рекомендуем принимать пробиотики и (или) продукты функционального питания на основе заквасок пробиотических микроорганизмов: бифидо- и пропионовокислых бактерий.
