الكيمياء والخصائص والاستقلاب

تحتوي أنسجة الحيوانات والنباتات جميعها على الثيامين الذي يتألف من حلقة استبدالية بيريميدينية مرتبطة بمجموعة ميثيلين إلى حلقة ميثيل الثيازول الحاوية للكبريت (الشكل 1). وله رائحة مميزة غير مقبولة، وتؤدي أكسدته إلى إنتاج الشكل غير الفعـــال، التيـــوكروم thiochrome، الذي يتألق بقوة في الضوء فوق البنفسجي فيفيد في قياس هذا الفيتامين كمياً. والثيامين ذو تفاعل قلوي نـــاجـم عـــن  مجموعة الأمين في الموقع 4 من البيريميدين والنيتروجين 3 من حلقة الثيازول. ويمكن أسترة مجموعته الكحولية الأولية مع الحموض وأهم نواتج هذه الأسترة هو ثنائي فسفات الثيامين (Thiamin DiPhosphate (TDP أو بيروفسفات الثيامين (Thiamin PyroPhosphate (TPP، وهو الشكل الفعال لهذا الفيتامين في الجسم ويتم إنتاجه فيه بالتفاعل مع النوكليوتيد ATP (الشكل 1).

الشكل (1) الثيامين وشكله الفعال (التميم)، ثنائي فسفات الثيامين TDP، والأنيون الكربوني الذي يشكله خلال عمله كتميم في التفاعلات الإنزيمية.

الوظائف

يلعب الثيامين دورا محوريا في استقلاب إنتاج الطاقة، وخصوصاً استقلاب السكريات. وثنائي فسفات الثيامين هو التميم الإنزيمي في التفاعلات التي يتم فيها نقل وحدة الدهيد منشطة :

1- تفاعلات نزع الكربوكسيل الأكسدي oxidative decarboxylation للحموض الكيتونية ألفا.

2- تفاعلات ناقلة الكيتول transketolase.

الشكل (2)  نزع الكربوكسيل الأكسدي للبيروفات بوساطة معقد نازعة هيدروجين البيروفات الذي يتكون من ثلاثة إنزيمات : نازعة هيدروجين البيروفات وناقلة أسيتيل ثنائي هيدرو حمض الليبوئيل ونازعة هيدروجين ثنائي هيدرو حمض الليبوئيل يتشكل الليبوميد من ارتباط حمض الليبوئيك إلى ثمالة ليزيل في ناقة الأسيتيل، ما يُشكل ذراعاً طويلة لينة قابلة) للثني) تسمح للزمرة الضميمة (حمض الليبوئيك) بأن تدور بشكل متسلسل بين المقرات الفعالة لإنزيمات هذا المعقد. :NAD⁺ )ثنائي نوكليوتيد النيكوتيناميد والأدينين؛ FAD ثنائي نوكليوتيد الفلافين والأدينين؛ TDP ثنائي فسفات الثيامين).

تتثبط هذه التفاعلات جميعها في عوز الثيامين، وتتشابه آلية عمل ثنائي فسفات الثيامين خلالها حيث يوفّر كربوناً تفاعلياً على حلقة الثيازول التي تشكل أيوناً كربونياً (الكربانيون carbanion) (الشكل 1) لتستطيع عندها الارتباط بمجموعة الكربونيل (انظر الشكل 2 ) ما يسمح بترع الكربوكسيل وإطلاق₂CO. يتحفّز هذا التفاعل معقد متعددِ الإنزيمات يسمى في حالة البيروفات، معقد نازعة هيدروجين البيروفات pyruvate dehydrogenase complex ، والشكل 2 يوضح آلية هذا التفاعل ودور TDP (وغيره من التمائم) وكيفية تحول البيروفات إلى أسيتيل التميم (أ)، وهو تفاعل مهم يربط استقلاب الغلوكوز بحلقة كريبس المهمة جداً في استقلاب الطاقة.

وبالمثل، يحفّز معقد نازعة هيدروجين ألفا- كيتو غلوتارات نزع الكربوكسيل التأكسدي من حمض ألفا- كيتو غلوتارات لتشكيل سكسينيل التميم (أ) و₂CO (أحد تفاعلات حلقة كرييس). كما يُستخدم ثنائي فسفات الثيامين على نحو مماثل في نزع الكربوكسيل التأكسدي من المشتقات الكيتونية من ألفا للحموض الأمينية ذات السلسلة المتفرعة (اللوسين والإيزولوسين والفالين)، والتي تتشكل خلال تقويضها.

ودور ثنائي فسفات الثيامين كتميم إنزيمي في تفاعلات نقل الكيتول مماثل لما وصف أعلاه، وهو مهم في تفاعلات سبيل فسفات البنتوز (ويسمى أيضاً مسرب أحادي فسفات الهكسوز HMP shunt أو سبيل الأكسدة المباشرة). تجري في هذا السبيل أكسدة الغلوكوز بغرض إنتاج الريبوز -5- فسفات المهم في تخليق النوكليوتيدات البورينية والتميم NADPH (المهم لعمل بعض مضادات الأكسدة كالغلوتاثيون ،وفي تفاعلات التخليق الإرجاعية كتخليق الحموض الدهنية).

 تثبت التجارب أن التنشيط الكهربي للعصب يترافق مع نقص ثنائي فسفات الثيامين في الغشاء وإطلاق الثيامين الحر ما يوحي بدورٍ آخر لهذا التميم وهو عمله كمانح للفسفات لفسفتة قناة نقل الصوديوم في الغشاء العصبي.

التوافر

يتم امتصاص الثيامين بالانتشار المنفعل والامتصاص الفاعل من أعلى القناة الهضمية. وهو لا يُخزن في الجسم، والاحتياطي الوحيد له هو ذاك الثيامين المرتبط وظيفياً بالإنزيمات. أما استقلابه فواسع ويعطي عدة نواتج نهائية تُطرح في البول.

العوز والفرط

قد يحدث عوز الثيامين مع الأنظمة الغذائية الغنية بالسكريات والفقيرة بالثيامين، كالاعتماد على الرز المقشور أو مشتقات الطحين الأبيض، وكذلك عند الكحوليين المزمنين ومتعاطي المخدرات الذين يستهلكون قليلاً من الأطعمة الأخرى.

تتوقف التفاعلات المعتمدة على ثنائي فسفات الثيامين أو تصبح محدودة كثيرا، وتأخذ التظاهرات السريرية لهذا العوز ثلاثة أشكال: (1) اعتلال الأعصاب المحيطية (البري بري beriberi) الذي قد يكون مصحوباً بالقصور القلبي والوذمة داء البري بري الرطب wet beriberi) ، (2) البري بـــري الـحــاد الحبيث (الخاطف)، وفيه يغلب قصور القلب والشذوذات الاستقلابية دون حدوث اعتلال الأعصاب المحيطية ، (3) اعتلال فيرنيكه الدماغي مع ذهان كورساكوف (متلازمة فيرنيكه – كورساكوف) وهو ما يحدث خصوصاً مع الكحوليين ومتعاطي المخدرات.

يتعطل استقلاب السكريات في هذه الحالات ويتراكم البيروفات واللاكتات في الأنسجة والسوائل مما قد يؤدي عند من يتناولون كميات كبيرة نسبياً من السكريات إلى حماض لاكتيكي مهدد للحياة. كما تراكم مشتقات الحموض الأمينية ذات السلاسل المتفرعة والبنتوزات المفسفتة وألفـــا- كيتـــو غلوتارات مما يتسبب بتوسع وعائي خيطي مع وذمة.

 تودي المدخولات العالية طويلة الأمد، والتي تتجاوز 50 مغ لكل كغ من وزن الجسم (أو أكثر من 3غرامات يومياً)، إلى تأثيرات سمية تتظاهر بالصداع والهيوجية والأرق وتسرع النبض والضعف والتهاب الجلد التماسي والحكاك وقد تحدث الوفاة. أما عند الجرعات "السوية" فالسمية غير معروفة.

المتطلبات

ترتبط متطلبات الثيامين باستقلاب الطاقة، وخصوصاً استقلاب السكريات، ومتوسط الاحتياج هو 0.3 مع/ 1000 كيلو سعرة حرارية. وعموماً، يجب ألا تنقص مدخولات الذكور والإناث عن 0.4 مع/يـــوم. وليس هناك أي دليل على زيادة الحاجة إلى الثيامين في أثناء الحمل السوي؛ أما فقدان نحو 0.14 مغ من الثيامين في الحليب يومياً خلال الإرضاع فيجب تعويضه.

قياس مخزون الجسم

يمكن تقدير الحالة الغذائية بقياس الثيامين في الدم، كما يمكن ذلك بقياسه في البول، رغم أن هذا شاق وصعب. وقد استخدمت نسبة الثيامين إلى الكرياتينين في عينات البول العشوائية. أما الطريقة فهـــي بإعطاء جرعة من الثيامين مقدارها 1-5مع عن طريق الفم أو العضل ثم قياسه في البول على مدى 4-24 ساعة . فإذا كانت نسبة الثيامين في البول أقل من 20% من الجرعة المعطاة خلال مدة الـــــ 24 ساعة التالية فهذا مؤشر على عوز الثيامين.

 أما الطريقة البديلة فهي تنشيط ناقلة كيتول الكريات الحمراء التي استنفد التميم العامل منها. وعموماً، تتنوع الاستجابات الكيميائية الحيوية للمدخول المعطى بشكل كبير بين الأفراد.