Tiamin (Vitamin B1): Definisi, Sintesis, Penyerapan, Pengangkutan, dan Pembahagian

Thiamine (vitamin B1) adalah vitamin larut air dan tergolong dalam kumpulan vitamin B. Berdasarkan pemerhatian oleh doktor Belanda Christiaan Eijkman pada akhir abad ke-19 bahawa gejala seperti beriberi terjadi pada ayam setelah mereka diberi makan nasi berlubang dan digilap, tetapi tidak setelah mereka diberi nasi atau dedak beras yang belum digulung dan tidak dipoles, tiamin adalah juga dikenal sebagai "vitamin antiberiberi." Setelah pengasingan bahan pelindung beriberi dari sekam padi dan penamaan vitamin sebagai aneurin pada tahun 1926 oleh Jansen dan Donath, penjelasan struktur dan sintesis vitamin B1 dengan menghubungkan kedua struktur cincin dilakukan pada tahun 1936 oleh Williams dan Windaus, dan B vitamin dinamakan tiamin. Molekul tiamin terdiri daripada cincin pyrimidine dan thiazole yang dihubungkan oleh kumpulan metilena. Thiamine sendiri tidak menemui aplikasi terapeutik, tetapi hanya garam hidrofilik (larut dalam air) mereka, seperti tiamin klorida hidroklorida, tiamin mononitrat, dan tiamin disulfida, atau derivatif lipofilik (larut lemak) mereka (allithiamines), seperti benfotiamine (S -benzoylthiamine-o-monophosphate; BTMP), bentiamine (dibenzoylthiamine), dan fursultiamine (thiamine tetrahydrofurfuryl disulfide). Vitamin B1 kering stabil pada suhu 100 ° C. Larutan vitamin B1 berair paling stabil pada pH <5.5, tetapi tidak dalam persekitaran neutral atau alkali. Thiamine adalah termolabile (sensitif panas) dan sensitif terhadap cahaya dan pengoksidaan, dan menunjukkan kekhususan struktur atau perlembagaan yang tinggi. Perubahan kecil dalam struktur molekul dikaitkan dengan penurunan keberkesanan vitamin, ketidakcekapan, atau, dalam kes tertentu, cara tindakan antagonis (berlawanan). Antagonis tiamin, seperti oxythiamine, pyrithiamine, dan amprolium, dapat menghalang (menghalang) thiaminase I dan II (enzim pembelah tiamin dan -aktivasi) dan menghalang pengikatan pirofosfat tiamin aktif secara biologi (TPP; sinonim: Thiamine diphosphate (TDP) cocarboxylase) ke apoenzimnya dan secara kompetitif menghalang dekarboksilasi (pembelahan molekul karbon dioksida (CO2)) 2-oksoasid. Penyelesaian infusi yang mengandungi sulfite (SO2) menyebabkan penurunan vitamin B1 sepenuhnya.

Penyerapan

Tiamin terdapat dalam makanan tumbuhan dan haiwan, tetapi hanya dalam kepekatan rendah. Walaupun tiamin terdapat dalam bentuk bebas, tidak terfosforilasi pada tumbuhan, 80-85% vitamin B terdapat pada tisu haiwan sebagai TPP dan TDP aktif secara biologi, dan 15-20% sebagai tiamin monofosfat (TMP) dan tiamin trifosfat (TTP) . Vitamin B1 yang terfosforilasi yang diserap dengan makanan disfosforilasi oleh fosfatase dinding usus yang tidak spesifik (penghapusan enzimatik fosfat kumpulan) dan dengan itu ditukar menjadi keadaan yang dapat diserap Penyerapan tiamin bebas tertinggi di jejunum (usus kosong), diikuti oleh duodenum (duodenum) dan ileum (ileum). Hanya sejumlah kecil yang diserap dalam perut dan kolon (usus besar). Usus penyerapan (penyerapan melalui terusantiamin tertakluk kepada dos- mekanisme dwi bergantung. Jumlah fisiologi vitamin B di bawah a kepekatan dari 2 µmol / l diserap oleh bergantung kepada tenaga natriummekanisme pembawa perantaraan. Oleh itu, pengangkutan vitamin B1 ke sel mukosa usus (mukosa) adalah aktif dan tepu. Analog struktur, seperti pyrithiamine, boleh menghalang vitamin B1 aktif penyerapan dengan mengalihkan tiamin dari pengangkutannya protein terletak di apikal (menghadap ke bahagian dalam usus) membran sel. Pengaruh dari alkohol or etanol, sebaliknya, terdiri daripada penghambatan natrium-kalium trifosfat triphosphatase (Na + / K + -ATPase; enzim yang menjadi pemangkin pengangkutan ion Na + keluar dari sel dan ion K + ke dalam sel dengan pembelahan ATP) di basolateral membran sel (menghadap jauh dari bahagian dalam usus), mengakibatkan pengurangan pengangkutan khusus tiamin protein. Di atas a kepekatan sebanyak 2 µmol / l, penyerapan vitamin B1 berlaku oleh penyebaran pasif, yang mana tidak natrium-tergantung dan tidak boleh dihambat oleh antagonis tiamin atau etanolSeperti yang diguna pakai (ditadbir) dos meningkat, peratusan tiamin yang diserap menurun. Ini disebabkan, di satu pihak, oleh peraturan pengangkutan transembran protein untuk tiamin dalam usus mukosa sel (sel mukosa) dari vitamin B1 dos > 2 µmol / l dan, sebaliknya, terhadap ketidakefektifan laluan penyerapan pasif berbanding dengan mekanisme pengangkutan yang dimediasi pembawa aktif. Menurut kajian dengan tiamin radiolabel yang diberikan secara oral, kadar penyerapan pada pengambilan 1 mg adalah ~ 50%, 5 mg ~ 33%, 20 mg ~ 25%, dan 50 mg ~ 5.3%. Secara keseluruhan, hanya maksimum 8-15 mg vitamin B1 sehari yang dapat diserap. Perbandingan biopsi (sampel tisu) usus mukosa pesakit dengan dan tanpa kekurangan tiamin menunjukkan penyerapan vitamin B1 usus yang lebih tinggi secara signifikan pada subjek dengan status tiamin yang lemah. Peningkatan penyerapan vitamin B1 dalam keadaan kekurangan disebabkan oleh peningkatan peraturan (upregulation) pengangkut tiamin apikal di usus mukosa sel (sel mukosa). Tiamin yang diserap sebahagiannya difosforilasi pada sel-sel mukosa usus (sel-sel mukosa) oleh pirofosfokinase sitosolik dengan pembelahan trifosfat trifosfat (ATP) ke TPP aktif koenzimatik (lampiran enzimatik fosfat kumpulan). Sebagai tambahan kepada mekanisme pembawa yang dimediasi natrium, pirofosfokinase intraselular juga dipercayai sebagai langkah pembatas kadar dalam pengangkutan aktif tiamin ke dan melintasi sel mukosa. Tiamin bebas dan terfosforilasi memasuki hati melalui portal vena, dari mana ia diangkut melalui aliran darah ke organ dan tisu sasaran sesuai dengan keperluannya.

Pengangkutan dan pengedaran dalam badan

Pengangkutan vitamin B1 secara keseluruhan darah berlaku terutamanya pada sel darah - 75% di erythrocytes (sel darah merah) dan 15% dalam leukosit (putih darah sel). Hanya 10% vitamin B1 di darah diangkut secara plasmatik, terutamanya terikat kepada album. Pengambilan vitamin B1 dalam dos yang tinggi menyebabkan keupayaan mengikat terlampaui, sehingga kelebihan tiamin dikeluarkan. Tahap jumlah darah berbeza antara 5-12 µg / dl. Pada organ dan tisu sasaran, tiamin dibawa ke sel sasaran dan mitokondria ("Pembangkit tenaga tenaga" sel) melalui pengangkut tiamin dengan pertalian tinggi (mengikat kekuatan). Kerana kepentingan fisiologi vitamin B1 dalam karbohidrat dan metabolisme tenaga, otot jantung (3-8 µg / g), buah pinggang (2-6 µg / g), hati (2-8µg / g), otak (1-4 µg / g) dan otot rangka khususnya mempunyai kepekatan tiamin yang tinggi. Dalam kekurangan tiamin, disebabkan oleh peningkatan regulasi (transregulasi) protein pengangkutan transmembran, pengambilan vitamin B1 ke dalam sel sasaran meningkat. Tiamin bebas dapat difosforilasi ke TPP aktif secara biologi di semua organ dan tisu oleh pirofosfokinase intraselular dengan penggunaan ATP dan pengumpulan dua fosfat residu. Alkohol or etanol menghalang pengaktifan tiamin bebas ke koenzim TPP dengan perencatan pyrophosphokinase yang kompetitif. Pemindahan kumpulan fosfat selanjutnya ke TPP melalui kinase dengan pembelahan ATP membawa kepada TTP, yang dapat ditukarkan kembali ke TPP, TMP atau tiamin bebas yang tidak terfosforilasi di bawah tindakan fosfatase. Walaupun vitamin B1 terdapat dalam plasma darah, susu ibu, dan cecair serebrospinal (mempengaruhi otak dan saraf tunjang) terutamanya dalam bentuk bebas atau sebagai TMP, sel darah (leukosit; erythrocytesdan tisu mengandungi terutamanya TPP. Untuk TPP aktif koenzimatik intraselular, membran sel tidak telap (kedap). TPP hanya dapat meninggalkan sel setelah hidrolisis (pembelahan dengan tindak balas dengan air) melalui TMP untuk membebaskan tiamin. Fosforilasi intraselular (lampiran enzimatik kumpulan fosfat) dan penurunan kebolehtelapan membran (kebolehtelapan membran) untuk tiamin fosforilasi akhirnya berfungsi sebagai mekanisme pelindung untuk mencegah kehilangan vitamin B1 dari dos fisiologi (1-2 mg / d). Jumlah stok vitamin B1 pada individu yang sihat adalah 25-30 mg, di mana kira-kira 40% terdapat pada otot. Kedai tiamin dalam erti kata yang lebih sempit tidak wujud. Oleh kerana fungsinya sebagai koenzim, vitamin B1 selalu dikaitkan (dihubungkan) dengan enzim yang sesuai dan hanya dikekalkan (dikekalkan oleh buah pinggangsetakat yang diperlukan. Waktu hayat biologi tiamin agak pendek dan dilaporkan 9.5-18.5 hari pada manusia. Kapasiti simpanan yang terhad dan kadar perolehan vitamin B yang tinggi memerlukan pengambilan tiamin yang mencukupi setiap hari untuk memenuhi keperluan, terutama dalam kes peningkatan penggunaan vitamin B1 akibat peningkatan metabolisme, seperti semasa sukan, tenaga kerja berat, dalam mengandung dan penyusuan, kronik alkohol penyalahgunaan, dan demam.

Perkumuhan

Perkumuhan vitamin B1 bergantung kepada dos. Dalam julat fisiologi (normal untuk metabolisme), kira-kira 25% tiamin dihilangkan secara renal (melalui buah pinggang). Pada dos yang tinggi, perkumuhan vitamin B1 berlaku hampir sepenuhnya melalui buah pinggang setelah ketepuan tisu, dengan peningkatan serentak dalam bahagian tiamin yang dikeluarkan melalui bile dan tiamin yang tidak diserap dalam tinja. Kesan limpahan buah pinggang ini adalah ungkapan diri-kemurungan proses pelepasan bukan ginjal (proses perkumuhan) serta ketepuan penyerapan semula tubular (penyerapan semula pada tubulus ginjal). Kira-kira 50% tiamin dihilangkan dalam bentuk bebas atau diesterifikasi dengan kumpulan sulfat. 50% selebihnya adalah metabolit yang belum dikenali serta asid thiaminecarboxylic, methylthiazoleacetic acid dan pyramine. Semakin tinggi pengambilan vitamin B1, semakin rendah metabolisme dan semakin besar perkumuhan tiamin bebas dan tidak berubah.

Allitiamine

Allithiamines, seperti benfotiamin, bentiamine, dan fursultiamine, adalah derivatif tiamin lipofilik (larut dalam lemak) yang, menurut penemuan oleh kumpulan penyelidikan Jepun Fujiwara pada awal 1950-an, terbentuk secara spontan dalam keadaan fisiologi dengan gabungan tiamin dengan allicin, bahan aktif dalam bawang putih dan bawang. Dalam derivatif allithiamine, cincin thiazole, yang penting untuk tindakan vitamin, terbuka dan sulfur atom digantikan dengan kumpulan lipofilik. Hanya setelah penutupan cincin thiazole oleh sebatian yang mengandungi kumpulan SH, seperti sista dan glutathione, dalam sel-sel mukosa usus (sel-sel mukosa) dan setelah phosporylation (penambahan enzimatik kumpulan fosfat) ke pirofosfat tiamin yang aktif secara biologi dalam sel-sel sasaran dapat menyebabkan allithiamin memberikan kesan vitamin mereka dalam organisma. Oleh kerana struktur apolarnya, allithiamina dikenakan keadaan penyerapan yang berbeza daripada air-Derivatif tiamin larut, yang diserap mengikut kinetik tepu dengan cara yang bergantung kepada tenaga dan natrium dengan bantuan mekanisme pembawa. Penyerapan allithiamines ke dalam sel-sel mukosa (sel-sel mukosa) usus berlaku selepas disfosforilasi sebelumnya (penyingkiran kumpulan fosfat) oleh fosfatase nonspesifik pada mukosa usus (mukosa usus) secara dosis-proporsional oleh penyebaran pasif, di mana allithiamines melewati penyerapan usus penghalang lebih cepat dan lebih mudah berbanding dengan air-Derivatif tiamin larut kerana kebolehtelapan membrannya lebih baik (kebolehtelapan membran). The bioavailabiliti lipofilik benfotiamin kira-kira 5 hingga 10 kali ganda lebih tinggi daripada tiamin disulfida dan tiamin mononitrate, masing-masing. Di samping itu, allithiamines mencapai tahap tiamin dan TPP yang lebih tinggi dalam darah, organ sasaran dan tisu selepas oral pentadbiran pada dos yang relatif rendah dan dikekalkan (dikekalkan) dalam badan lebih lama. Hilbig dan Rahmann (1998), yang mengkaji tisu pengedaran dan nasib yang berlabel benfotiamin dan tiamin hidroklorida dalam darah dan pelbagai organ, diukur secara signifikan lebih tinggi radioaktiviti di semua organ selepas benfotiamine pentadbiran, terutamanya dalam hati dan buah pinggang. 5 hingga 25 kali ganda lebih tinggi kepekatan benfotiamine dijumpai di otak dan otot. Di semua organ lain, kandungan benfotiamine adalah 10-40% lebih tinggi daripada kandungan tiamin hidroklorida.