Tiamiini eli B1-vitamiini on yksi ihmisen tarvitsemista vitamiineista. Se toimii fosfaatteja sitovissa muodoissaan välttämättömänä koentsyyminä monissa entsyymeissä. Esimerkiksi pyruvaattidehydrogenaasi vaatii toimiakseen tiamiinipyrofosfaattia. Tiamiini on siten osana muun muassa energian eli ATP:n tuottoa. Sillä on koentsyymitoimintojensa lisäksi tosin muitakin käyttökohteita kehossa.
Keho ei varastoi tiamiinia. Siksi sitä tulisi saada usein ja kylliksi ravinnosta. Sen puutos aiheuttaa muun muassa beriberiä. Sianliha, herne ja tattari sisältävät erityisen paljon tiamiinia. Tiamiinia on runsaasti myös muissa viljoissa, lihoissa, pavuissa, linsseissä ja pähkinöissä. Viljojen tiamiini on pääosin kuoriosissa, kuten leseissä.
Tiamiini on välttämätön vitamiini kaikille monisoluisille eliöille. Mitkään eläimet, ihmiset mukaan lukien, eivät tiettävästi pysty valmistamaan tiamiinia. Sen sijaan melkein kaikki kasvit pystyvät sitä valmistamaan. Myös jotkin mikrobit tuottavat tiamiinia. Suolistomikrobit valmistavat sitä vähäisiä määriä ainakin nisäkkäiden paksusuolissa, mutta sieltä tiamiinin imeytyminen on mitätöntä.Zempleni, s. 255–258 Imeytyminen on tehokasta lähinnä vain ohutsuolen alkupäästä.
Kemia Tiamiini on orgaaninen yhdiste, joka on kationina fysiologisessa pH:ssa (pH ~7.4). Se koostuu 4-metyylin ja 5-etanolin sitovasta tiatsolirenkaasta (4-metyyli-5-hydroksietyylitiatsolista), jonka typpeen on kiinnittynyt 5-metyleenisillan kautta pyrimidiinirengas, jossa on lisäksi 2-metyyli ja 6-amiini (2,5-dimetyyli-6-aminopyrimidiini).
Tiamiinilla on useita vitamiinina toimivia johdannaisia. Eräs näistä on rasvaliukoinen benfotiamiini. Muita on ovat esimerkiksi alla käsitellyt disulfidit.
Fosfaattiesterit (TMP, TDP, TTP) pienoiskuva|TDP eli TPP.|vasen Tiamiinin OH-ryhmässä voi olla perättäin 3 fosfaattia. Jos fosfaatteja on 1, 2 tai 3, muodostuu vastaavasti tiamiinimonofosfaatti, tiamiinidifosfaatti tai tiamiinitrifosfaatti. Näitä kutsutaan vastaavasti lyhentein TMP, TDP ja TTP. TDP:tä kutsutaan myös tiamiinipyrofosfaatiksi eli TPP:ksi. Nämä kaikki voivat eliöissä yleensä muuntua toisikseen entsymaattisesti.
Vapaaemäs Fosfaattivapaan tiamiinin vapaaemäs kestää alle pH 5:ssä jopa 120–130 °C:n lämpötiloja, mutta on epävakaa neutraaleissa ja erityisesti yli pH 8:ssa. Tällöin se hajoaa lähinnä hapettumalla, ja sen liuokset muuntuvat kellertäviksi moninaisista hapettumistuotteista, joita ovat mm. tiamiinidisulfidi ja tiokromi.Combs, s. 38, 57 Tiamiinilla on 2 maksimiabsorbanssia aallonpituuksilla 235 ja 267 nm. Noin pH 3:ssa sillä on vain 1 maksimi 246 nm:ssä. Tätä UV-säteilyn absorptiota voidaan käyttää spektrofotometriseen pitoisuusmittaukseen, mutta menetelmä on epätarkka. Se ei lisäksi ole kovin herkkä, ja tiamiinipitoisuuden tulee mittauksessa olla suuri.
Suolat Tiamiinisuolat ovat kuivana vakaita. Siksi niitä käytetään lisäravinteissa, mutta myös ruuissa. Yleisimmät lisätyt suolat ovat tiamiinin mononitraatti (CAS 532-43-4) ja tiamiinin kloridi hydrokloridi (CAS 67-03-8), jota kutsutaan usein vain "tiamiinihydrokloridiksi". Mononitraatti on hydrokloridia vakaampi ja vähemmän hygroskooppinen, jonka vuoksi usein sitä käytetään ravintolisänä hydrokloridin sijaan.
Mononitraatti on valkeaa tai hiukan kellertävää kiteistä jauhetta. Siinä on vieno haju ja kitkerä maku. Se on niukasti vesiliukoista (~27 g/l, 25 °C), ja vähäliukoista metanoliin, etanoliin ja kloroformiin. Se ei liukene dietyylieetteriin. Se ei sula, vaan hajoaa lämpötilassa 198 °C. Sen tiheys on noin 0,35 g/cm3.
Hydrokloridi on hygroskooppinen, valkea, kiteinen ja lähes hajuton jauhe. Se on täysin vesiliukoinen (~1 kg/l), liukoinen glyseroliin (~56 g/l), vähäliukoinen metanoliin ja etanoliin, ja liukenematon mm. dietyylieetteriin, asetoniin ja bentseeniin. Se ei sula, vaan hajoaa 248–250 °C:n lämpötilassa. Sen vesiliuokset ovat happamia ja tiheys ~0,4–0,51 g/cm3.
Disulfidit Tiamiinidisulfidissa (CAS 67-16-3) kahden tiamiinin välinen disulfidisidos niiden aukinaisten tiatsolirenkaiden rikkien välillä. Aine on hieman liukoinen mm. veteen, bentseeniin ja asetoniin. Se on fluoresoimaton, kellertävä ja kiteinen. Aine ei kuitenkaan nieltynä imeydy ja muunnu tehokkaasti vitamiinina toimivaksi tiamiiniksi.
pienoiskuva|Prosultiamiini.|vasen Tiamiinista on useita keinotekoisia rasvaliukoisia disulfideja. Näitä on myös joissain kasveissa kuten sipuleissa. Disulfideissa aukinaiseen tiatsolirenkaaseen on disulfidisidoksella kiinnittynyt esim. allyyli (allitiamiini), propyyli (prosultiamiini) tai tetrahydrofurfuryyli (fursultiamiini). Punasoluissa nämä pelkistyvät glutationin vaikutuksesta ja muuntuvat sitten spontaanisti tiamiiniksi tiatsolirenkaan sulkevassa reaktiossa. Rasvaliukoisuuteensa perustuvan hyvän imeytymisen vuoksi niitä käytetään hoitona vakavaan tiamiinin puutokseen esim. alkoholisteilla.
Reaktiot pienoiskuva|Tiokromi ja sen fosfaattiesterit.|vasen Tiamiini muuntuu emäksisissä liuoksissa hapettimen, esim. kaliumferrisyanidin, vaikutuksesta keltaiseksi tiokromiksi, jonka absorption maksimi on 375 nm, ja joka fluoresoi voimakkaasti sinisenä – emissiomaksimi on 432–435 nm.Combs, s. 53 Reaktio on yleinen tiamiinin ja sen fosfaattiesterien läsnäolon osoittamiseksi mm. ruoka- ja kudosnäytteistä. Tällä voidaan myös määrittää tiamiinipitoisuus spektrofotometrisesti. Usein muilla näytteiden biomolekyyleillä ei ole vastaavia optisia ominaisuuksia samanlaisissa olosuhteissa. Lisäksi tiamiini reagoi pinkeiksi tai punertaviksi spektrofotometriseen analyysin sopiviksi johdannaisiksi diatsotoidun sulfaniilihapon, formaldehydin tai para-aminoasetofenonin kanssa. Nämä vaihtoehtoiset reaktiot ovat mm. vähemmän herkempiä.
Tiamiininäytteet yleensä preparoidaan happohydrolyysillä tai entsyymeillä, kuten tiaminaasien (kohta: tiaminaasit) tai muiden fosfataasien avulla. Tutkittavat aineet erotetaan ioninvaihtokromatografialla, kaasukromatografialla tai HPLC:llä. Analyysi tehdään fluoresenssiin tai UV-absorptioon perustuen, tai liekki-ionisaattorilla. Mikrobin kasvukykyyn perustuvassa mittauksessa käytetään usein Lactobacillus viridescens-bakteereita (kanta: ATCC 12706).Combs, s. 63
Yli pH 6 sulfiittiliuoksissa tiamiini katkeaa nopeasti ja peruuttamattomasti kahtia toimimattomaan muotoon sen metyleenisillasta (–CH2–). Reaktiolla on merkitystä ruokateollisuudessa, jossa käytetään sulfiitteja säilöntäaineina. Kloori (esim. kloorattu vesi) nopeuttaa samanlaisia reaktioita.
Toiminta eliöissä Ihmisillä ja monilla muilla eläimillä tiamiinidifosfaatti (TDP) toimii ainakin viidessä entsyymijärjestelmässä välttämättömänä koentsyyminä: pyruvaattidehydrogenaasikompleksi – tässä usein glukoosista glykolyysissä saatu pyruvaatti dekarboksyloituu TDP:n avulla asetyyli-CoA:ksi, joka menee sitten muualle, usein energiaa (ATP:tä) tuottavaan sitruunahappokiertoon.Zempleni, s. 268–272 alfa-ketoglutaraattidehydrogenaasikompleksi – tässä sitruunahappokierron kompleksissa alfaketoglutaarihappo dekarboksyloituu TDP:n avulla sukkinyyli-CoA:ksi. haaraketjuisten alfa-ketohappojen dehydrogenaasikompleksi (BCKDH-kompleksi) – tässä L-leusiini, L-isoleusiini ja L-valiini, jotka ovat ensin muuntuneet transaminaatiolla alfa-ketohapoiksi, dekarboksyloituvat TDP:n avulla asyyli-CoA:ksi. transketolaasi – tässä Pentoosifosfaattireittiin osallistuvassa entsyymissä siirtyy TDP-avusteisesti kaksi hiiltä glykolialdehydinä yhdeltä sokerifosfaatilta (D-ksyluloosi-5-fosfaatilta) toiselle tai päinvastoin, eli sokeriketjut pidentyvät. 2-hydroksiasyyli-CoA-lyaasi 1 (HALC1) – katalysoi alfa-oksidaatiota peroksisomeissa 3-metyylin sisältävissä rasvahapoissa, kuten fytaanihapossa ja haarautumattomissa 2-hydroksidin sisältävissä rasvahappoissa. Rasvahapot siis lyhenevät yhdellä hiilellä muodostaen formyyli-CoA:n katketessaan hiilten 1 ja 2 välistä.
TDP voi olla koentsyyminä muissakin entsyymeissä, joita on vain tietyissä eliöissä. Esimerkkinä tästä ovat etanolikäymisen pyruvaattidekarboksylaasit, joita on mm. hiivoissa.
Hermosoluissa tiamiini osallistuu GABA:n takaisinottoon. Hermosolujen solulimassa tiamiini toimii koentsyymin roolissa asetyylikoliinin synteesissä. Tiamiinikationi on positiivisen varauksensa vuoksi hermostossa sähkövarauksen siirtävä molekyyli. Se osallistuu tätä kautta joihinkin hermoston toimintoihin. Tiamiini toimii antioksidanttina monen tyyppisten solujen solulimassa ja osallistuu myös immuunipuolustukseen.
Muu biokemia Fosforylaatio Tiamiinidifosfokinaasi (EC-numero 2.7.6.2) fosforyloi ATP:llä tiamiinin vapaaemäksestä TDP:tä: ATP + tiamiini ⇌ AMP + TDP TDP voi fosforyloitua tiamiinidifosfataasilla (EC 3.6.1.6) TMP:ksi: H2O + TDP ⇌ Pi + TMP Tiamiinidifosfaattikinaasi (EC 2.7.4.15) fosforyloi ATP:llä TDP:stä TTP:tä: ATP + TDP ⇌ ADP + TTP Suoliston alkalinen fosfataasi voi muuntaa tiamiinin vapaaemästä vähäisissä määrin TMP:ksi sopivien fosfaattiryhmän luovuttavien molekyylien läsnä ollessa.
Imeytyminen Tiamiini imeytyy tiettävästi kaikilla eläimillä pohjukaissuolesta ja ohutsuolen alkupäästä aktiivisella kuljetuksella eli energiaa kuluttaen suolen tiamiinipitoisuuden ollessa pieni, noin <2 µM. Aktiivisen kuljetuksen teho ei riitä suurissa pitoisuuksissa (>2 µM). Tällöin imeytyminen tapahtuu pääosin passiivisella diffuusiolla. Aktiivisen kuljetuksen pyrkimyksenä on taata jatkuva tiamiinin saanti vaikka sitä olisi ruuassa vähän. Aktiivinen kuljetus taas on rajoittunutta, jotta tiamiinia ei oteta kehoon yli tarpeen – tämä kuluttaisi turhaan energiaa.
Aktiivinen kuljetus tapahtuu ThTr1- ja ThTr2-välitteisesti. ThTr1 ja 2 ovat solukalvon lävistäviä kalvoproteiineja, joiden geenit ovat vastaavasti SLC19A2 ja SLC19A3. Tiamiinin fosfaattiesterit defosforyloituvat entsymaattisesti vapaaemäksiksi ennen niiden ThTr-kuljetusta kalvon läpi. ThTr2 sijaitsee solukalvon ulkopuolella. Emäksen saapuessa soluun ThTr2:n kautta, protoni (H+) siirtyy samalla suoleen. ThTr1:iä on solussa veren puolella. Lähinnä ne siirtävät emäksiä vereen ottaen samalla H+ verestä sisään soluun. ThTr1:t ovat näistä kahdesta proteiinista pääasiallisia tiamiinin kuljettajia, sillä emäkset voivat fosforyloitua suolen sisäpinnan soluissa TDP:ksi tai TMP:ksi. Nämä voivat kulkeutua ThTr1:lle vaihtoehtoista reittiä pitkin RFC1-kalvoproteiinin (geeni SLC19A1) kautta vereen. RFC1 osallistuu myös folaattien kuljetukseen. Lisäksi ThTr1:ien toimimattomuus harvinaisessa TRMA-oireyhtymässä ei johda ihmisillä tiamiinin puutokseen.
Aktiiviseen kuljetukseen osallistuvat tiettävästi myös tietyt orgaaniset kationikuljettajat, OCT:t (eng. organic cation transporter), jotka ovat antiporttereita ja kuuluvat SLC22A-proteiinien superperheeseen. OCT:itä on useita, eikä tiedetä mikä niistä osallistuu tiamiinin kuljetukseen. Kuljetukseen osallistuvat myös ALP-kalvoproteiinit (eng. alkaline/acid phosphatases).
Kuljetus Eläimillä tiamiini fosforyloituu jälleen ja päätyy vereen. Ihmisten veren tiamiinipitoisuus on 5–12 µg/dl, josta noin 75 % on sisällä punasoluissa, 15 % valkosoluissa ja 10 % lähinnä albumiiniin sitoutuneena. Joillain eliöillä tiedetään olevan myös spesifisiä tiamiinia sitovia proteiineja.
Verestä tiamiinia soluihin päätyy passiivisesti, mutta myös proteiinivälitteisesti. Tiamiinia kuljettavat ThTr-1- ja ThTr-2-proteiinit orgaaniset kationikuljettajat (OCT) ALP-kalvoproteiinit (eng. alkaline/acid phosphatases)
Varastoituminen Tiamiini ei varastoidu kehoon ylimäärin. Sen saannin loppuessa, puutosoireet ilmenevät ihmisillä muutamassa viikossa. Aikuisilla ihmisillä kehossa on noin 30 mg tiamiinia, josta puolet on lihaksissa. Kaikesta tiamiinista noin 4/5-osaa on entsyymeissä TDP-koentsyyminä. Ihmisillä mm. sydämessä tiamiinipitoisuus on 0,28–0,79 mg/100 g, munuaisissa 0,24–0,58 mg/100 g, maksassa 0,20–0,76 mg/100 g ja aivoissa 0,14–0,44 mg/100 g. Tiamiinin puutoksessa pisimpään sen loppuminen kestää aivoista.
Hajotus ja erittyminen