5.6 维生素B1
5.6.1 结构与性质
维生素B1又称硫胺素(Thiamine VB1),在室温下与中性亚硫酸钠溶液中分解嘧啶和噻唑两部分(图5-10)。它与焦磷酸生成硫胺素焦磷酸(Thiamine pyrophosphate,TPP)，即羧化辅酶(cocarboxylase),这个反应需要ATP参加，结构式见图5-11。TPP参与糖代谢中α酮酸的氧化脱羧作用。
图5-10 维生素B1经Na2SO3分解为嘧啶和噻唑
图5-11 羧化辅酶(TPP)的结构式
图5-12 硫色素分子式
维生素B1盐酸盐1g先溶于1ml水中，可在酒精中形成1%溶液，不溶于其他有机溶媒中。PH7时水溶液的紫外线吸收高峰为235，267nm，相当于嘧啶及噻唑两部分。在PH1时，只有1个高峰在247nm处，在260mn处有一个肩，也相当于这二个组成部分。在高温时，尤其在碱性溶液中，非常容易破坏，但在PH5以下易破坏。在碱性溶液中，在氧化剂(如高铁氰酸钾)可将维生素B1氧化为硫色素(Thiochrome)，据此可用以测定VB1(图5-12)。
人工合成的VB1衍生物有丙基硫胺素二硫化物(Thiamin propyl disulfite,TPD)及4氢糖醛二硫硫胺素(thiamin tetrahydrofurfural disulfide TTFDD)，不溶于水，被硫胺素酶破坏较少。口服后，血、组织及脑脊髓液中维生素B1的水平较服用维生素B1时要高甚至可高10倍。在消化道中也易吸收。因此这些衍生物常在临床上应用。有些衍生物如吡啶硫胺素(pyrithiamino)及氧代硫胺素有抗维生素B1作用，前者使大脑中维生素B1易于空竭，后者可导致除神经系统外其他系统的维生素B1缺乏症状。
5.6.2 代谢
维生素B1在小肠中吸收，浓度高时为扩散，低时为主动吸收，需要钠离子及ATP，缺乏钠离子及ATP酶可抑制其吸收。低水平时吸收约57.5%，高时约26.2%。维生素B1进入到小肠细胞磷酸化成酯，从小肠细胞出去，也需要正常浓度的钠离子及ATP酶。叶酸缺乏可影响维生素B1的吸收。
体内约有维生素B130mg，50%在肌肉中，骨骼、心、肝、肾及脑中较多，体内维生素B1的80%为TPP，10%为硫胺素三磷酸(TTP)，还有一些硫胺素单磷酸及维生素B1。体内有三种酶参与形成上述的硫胺素磷酸化合物：硫胺素焦磷酸催化硫胺素与ATP作用形成TPP；TPP-ATP磷酸转移酶催化TPP+ATP→TPP；及硫胺素焦磷酸酶参与TPP→TMP的反应。
大鼠及人尿中有许多硫胺素代谢物，已知结构者仅6种，其中2-甲基4-氨基5嘧啶羧酸，4-甲基噻唑5-醋酸及硫胺素醋酸为最主要者。在大鼠中经酒精脱氢酶的作用，可以将硫胺素及噻唑氧化到相应的要酸。
5.6.3 生理功能
(1)硫胺素焦磷酸为羧化酶的辅酶，其作用机理如图5-13。
①在微生物中，丙酮酸脱羧变为乙醛而放出CO2。
②乙酰羧基酸的合成：乙酰羧基酸为合成支链氨基酸(缬氨酸，异亮氨酸等)的中间体。
③作为磷酸戊糖旁路中转酮酶的辅酶 糖的无氧酵解及有氧氧化是动物体内糖分解代谢的主要途径，但还有一部分经磷酸戊糖旁路代谢，在肝中他只占酵解及氧化途径的8%。其特点是通过脱氢与脱羧反应生成CO2及磷酸甘油醛及6-磷酸果糖，后二者仍进入酵解途径，其过程为葡萄糖磷酸化变为6-磷酸葡萄糖(G-6-P)，在G-6-P脱氢酶的催化下，脱氢与水化合成6-磷酸葡糖酸，再经脱氢与脱羧等反应生成5-磷酸核酮酸，又转变为5-磷酸木酮糖及5-磷酸核糖，通过转酮糖酶(需要TPP，Mg2+)将酮糖上的二碳单位转移到另一个醛糖的1-C上，这个反应是可逆的，在这个循环上形成7C、6C、5C及4C磷酸单糖。
图5-13 维生素B1焦磷酸羧化酶的作用机制
图5-14 磷酸戊糖途径
这个代谢的主要生理功能是产生核糖及NADPH。它是由葡萄糖产生5-磷酸核糖的唯一途径。在这个代谢中二脱氢酶(6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酶葡糖酸脱氢酶)都是以NADP为辅酶，还原为NADPH。它为体内许多反应的供氢体，如脂肪酸、胆固醇、类固醇的合成都需要它，所以在上述反应比较旺盛的脂肪组织、哺乳期乳腺、肾上腺皮质、睾丸及肝脏等，这种代谢也比较旺盛。遗传性6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏的病人，不能进行磷酸戊糖旁路循环，NADPH缺乏与GSH量低下，红细胞很易破坏而发生溶血性贫血。
④α酮脱氢酶(如丙酮酸、α-酮戊二酸)系统中的辅酶，这类酶系统分三步作用(图5-15)。
图5-15 -酮脱氢酶的作用
A 形成“活性醛”中间物，基质为α-酮酸与酶1(α-酮脱氢酶以硫胺素焦磷酸为辅酶)作用，脱羧后形成中间物。丙酶酸与酶作用的中间物为2-(羧乙基)硫胺素焦磷酸，α-酮戊二酸的中间物为2-(1，3羧基丙基)硫胺素焦磷酸。
B 将上述中间物转移至酶2的硫辛酸上。
C 将酰基转移至辅酶A上，而双氢硫辛酸被酶3脱氢形成硫辛酸。
(2)硫胺在神经生理上的作用 一个神经冲动可以使维生素B1磷酸化合物去磷酸，并使其在膜上位移，Na+得以自由通过膜，但有神经生理活性的维生素B1衍生物是焦磷酸衍生物还是三磷酸衍生物，现在尚不能肯定，对大脑功能作用，可能由于对5-羧色胺的纳入及磷脂合成有影响。
(3)硫胺素与心脏功能的关系 维生素B1缺乏引起心脏功能失调不是直接的作用，可能由于维生素B1缺乏使血流入到组织之量增多，使心脏输出增加负担过重，或由于维生素B1缺乏，心肌能量代谢不全。
5.6.4 猪牛肉、肝、肾等，全麦、糙米、新鲜蔬菜，豆类等富含维生素B1但是食物中有些因子可使维生素B1构造改变，活力减低。这种抗维生素B1的因子分二种：一种易被热破坏，如硫胺素酶Ⅰ及Ⅱ，前者在淡水鱼及贝类内脏内，催化硫胺素的分解。后者存于某些生物中，催化维生素B1的分解，对热稳定的抗维生素B1因子存在于植物中，它可能与3，4双羧基肉桂酸和单宁酸有关。低维生素B1摄取量的人群，如果多吃些抗B1因子，可导致维生素B1缺乏。
谷类在除去麸皮与糖的过程中，维生素B1损失很多，国外对精加工后的面粉都强化维生素与矿物质使其量相当于粗制品，这点应引起我国食品工业部门及消费者的注意，烹调加碱可使维生素B1损失。
5.6.5 需要量
评定维生素B1营养状况的指标一般以尿中排出量为准，可以用每克肌酐排出的维生素B1表示之。红细胞的转酮酶以维生素B1为辅酶，也用以测定人体的维生素B1营养状态。
成人维生素B1需要量为1.26～1.47mg·1000Kj-1，在这种摄取量的情况下，每日尿排出量为40～90ug,若摄取量增加到2.1 mg·1000Kj-1,每日尿排出量为100ug或以上。若摄取量减低到0.84 mg·1000Kj-1,尿排出量为5～25ug。脚气病患者可低至0～15ug或以上。我国及美国提出供应量为2.1 mg·1000Kj-1。老人利用硫胺素的效率较低，所以为4.2 mg·1000Kj-1。男性成人每日1.2～1.5mg，女1.0～1.1mg,孕妇与乳母将其供应量增加0.3mg,儿童供应量0～6个月0.3mg， 6个月～1周岁0.5mg,1～3周岁0.7mg,4～6岁0.9mg，7～10岁1.2mg，男11～14岁1.4mg,女11～14岁1.2mg。饮酒过量者维生素B1需要量增加，动物试验说明维生素B1缺乏者，酒精自由饮用量增加，长期饮酒者可以导致不良饮食习惯或者干扰肠对维生素B1的吸收。
5.6.6临床应用
单纯维生素B1缺乏可用生理剂量治疗。有些先天性代谢上需要维生素B1的疾病需要用药理剂量，如需要维生素B1的巨红细胞贫血，乳酸尿(肝中丙酮酸脱羧酶活力低)，支链酮酸尿(支链酮酸脱氢酶活力低)及亚急性坏死性脑脊髓病)(神经系统中缺乏TTP)。在这些病的治疗中，用不溶于水的维生素B1衍生物(如TPD，TTFD)比用维生素B1的效果要好。
静脉注射过量维生素B1可因呼吸中枢压抑而致死，其致死量每公斤体重：小鼠125mg，大鼠250mg，兔子300mg，狗350mg。静脉、皮下及口服致死量这比例为1：6：40。猴子注射每公斤体重600mg时，可产生中毒现象。人口服大剂量维生素B1，未发生过 中 毒症象。皮下、肌肉、脊椎、静脉内每日注射正常量的1～200倍时，亦未发生中毒现象。但有些人接受大剂量后，发生过敏性休克。
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