La tiamina o vitamina B₁, també anomenada «tio-vitamina» (vitamina que conté sofre) és una vitamina hidrosoluble del complex B. Primerament anomenada aneurin degut als efectes neurològics perjudicials de la seva manca en la dieta, li va ser finalment assignat el nom genèric descriptiu de vitamina B₁. Els seus derivats de fosfat estan implicats en molts processos cel·lulars. La forma més ben caracteritzada és el pirofosfat de tiamina (TPP, de l'anglès thiamine pyrophosphate), un coenzim en el catabolisme de sucres i aminoàcids. En els llevats, el TPP també és necessari per al primer pas de la fermentació alcohòlica. Si hi ha una mancança d'aquesta es pot patir la malaltia del Beri-Beri.
Tots els organismes vius presenten tiamina en la seva bioquímica, però només se sintetitza en bacteris, fongs, i plantes. Els animals l'han d'obtenir de la dieta, i per això per a ells es tracta d'una vitamina. Un consum insuficient en els ocells produeix una polineuritis característica, i en els mamífers resulta en una malaltia anomenada beri-beri, que afecta el sistema nerviós perifèric (polineuritis) i/o el sistema cardiovascular, amb un resultat fatal si no era curat mitjançant l'administració de tiamina.Mahan LK, Escott-Stump S, editors. Krause's food, nutrition, & diet therapy. 10th ed. Philadelphia: W.B. Saunders Company; 2000 En cas de deficiència no tan severa, els senyals no específics inclouen malestar, pèrdua de pes, irritabilitat i confusió.Combs, G. F. Jr. The vitamins: Fundamental Aspects in Nutrition and Health. 3rd Edition. Ithaca, NY: Elsevier Academic Press; 2008
Hi ha encara avui en dia molta feina dedicada a dilucidar els mecanismes exactes pels quals la carència de tiamina condueix als símptomes específics observats (vegeu més avall). Nous derivats de fosfat de tiamina han estat descoberts. S'han descobert derivats de tiamina amb farmacocinètics millorats i s'han de considerar més eficaços en l'alleujament dels símptomes de deficiència de tiamina i en altres condicions relacionades amb la tiamina, com ara el deteriorament del metabolisme de la glucosa en la diabetis. Alguns d'aquests compostos estan representats en el següent dibuix:miniatura|Farmacocinètics importants.
Història: El descobriment de vitamines i la lesió bioquímica La tiamina va ser la primera de les vitamines solubles en aigua a ser descrita, conduint, d'una banda, al descobriment de més compostos de traça essencials per a la supervivència i, de l'altra, a la idea de vitamina.
Textos mèdics xinesos ja es referien al beri-beri (una malaltia per carència de tiamina) l'any 2700 AC. L'any 1884 Kanehiro Takaki (1849-1920), un general cirurgià de l'armada japonesa va rebutjar la teoria de gèrmens prèvia i va atribuir la malaltia a una dieta insuficient.McCollum EV. A History of Nutrition. Cambridge, MA: Riverside Press, Houghton Mifflin; 1957. Canviant la dieta en vaixells de l'armada, va descobrir que substituint l'arròs blanc per arròs d'ordi marró desapareixia el beri-beri (va ser sobrenomenat "Baró d'Ordi" després d'obtenir el títol nobiliari). Tanmateix, va atribuir incorrectament el benefici al consum de nitrogen, ja que la vitamina era una substància desconeguda a l'època.
L'any 1897, Christiaan Eijkman (1858-1930), un metge militar de les Índies holandeses, va descobrir que l'aviram alimentat a partir d'una dieta basada en arròs blanc cuit desenvolupaven paràlisi, que podia ser contrarestada administrant arròs integral (amb la clofolla).Eijkman, C. (1897). Eine Beriberiähnliche Krankheit der Hühner. Virchows Arch. Pathol. Anat. 148: 523. Va atribuir aquest fet a un verí de nervi de l'endosperma de l'arròs, el qual no arribava al cos gràcies a la protecció de les capes exteriors del gra. Eijkman va ser guardonat amb el Premi Nobel de Medicina o Fisiologia l'any 1929, perquè les seves observacions portaren a la descoberta de les vitamines. Un company seu, Gerrit Grijns (1865-1944), va interpretar correctament la connexió entre consum excessiu d'arròs blanc i beri-beri el 1901: va concloure que l'arròs conté un nutrient essencial en les capes exteriors del gra, que és absent en l'arròs blanc.Grijns, G. (1901) Over polyneuritis gallinarum. I. Geneesk. Tijdscht. Ned. Ind. 43, 3-110 miniatura|Estructura química de la tiamina El 1911, Casimir Funk va aïllar una substància antineurítica de segó d'arròs que va anomenar 'vitamina' (a causa de la presència d'un grup aminat). El 1926, els químics holandesos, Barend Coenraad Petrus Jansen (1884-1962) i el seu col·laborador més proper, Willem Frederik Donath (1889-1957) van aïllar i cristal·litzar l'agent actiu,Jansen, B.C.P. and Donath, W.F. (1926) On the isolation of antiberiberi vitamin. Proc. Kon. Ned. Akad. Wet. 29: 1390-1400. i el 1934 el químic estatunidenc Robert Runnels Williams (1886-1965) en va determinar l'estructura. el 1936, el mateig grup va sintetitzar la tiamina.Williams, R.R. and Cline, J.K. (1936). Synthesis of vitamin B1. J. Am. Chem. Soc. 58: 1504-1505.
En un principi va ser anomenada 'aneurin' (de vitamina antineurítica).Carpenter KJ. Beriberi, white rice, and vitamin B: a disease, a cause, and a cure. Berkeley, CA: University of California Press; 2000 Sir Rudolph Peters, a Oxford, va presentar coloms privats de consum de tiamina com a model per entendre com una deficiència de tiamina pot conduir als símptomes fisiopatològics del beri-beri. En efecte, l'alimentació dels coloms amb arròs blanc porta a un comportament fàcilment recognoscible de retracció del cap, una condició anomenada 'opistòton'. Si no es tracta, l'animal mor després d'uns quants dies. L'administració de tiamina durant l'etapa d'opistòton condueix a una cura completa de l'animal en tan sols 30 min. Donat que no es va observar cap modificació morfològica en el cervell del coloms abans i després del tractament amb tiamina, Peeters va introduir el concepte de «lesió bioquímica».Peters, R.A. (1936). The biochemical lesion in vitamin B1 deficiency. Application of modern biochemical analysis in its diagnosis. Lancet 1: 1161-1164.
Quan Lohman i Schuster (1937) mostraren que el derivat de la tiamina difosforilada (difosfat de tiamina, ThDP) era un cofactor requerit per a la descarboxilació oxidativa del piruvat,Lohmann, K. and Schuster, P. (1937). Untersuchungen über die Cocarboxylase. Biochem. Z. 294, 188-214. (una reacció de la qual ara se sap que es catalitza per la piruvat deshidrogenasa), el mecanisme d'acció de la tiamina en el metabolisme cel·lular semblava ser dilucidat. Actualment, aquesta visió sembla excessivament simplificada: la piruvat deshidrogenasa és només un dels diversos enzims que requereixen el difosfat de tiamina com a cofactor; a més, altres derivats de fosfat de tiamina s'han descobert des de llavors, i també poden contribuir als símptomes observats durant la deficiència de tiamina.miniatura|Estructura tridimensional de la tiamina
Finalment, el mecanisme pel qual la fracció de tiamina del ThDP exerceix la seva funció de coenzim mitjançant la substitució del protó en la posició 2 de l'anell de tiazol va ser aclarit per Ronald Breslow l'any 1958.
Biosíntesi Les vies de biosíntesi dels complexos de tiamina ocorren en bacteris, alguns protozous, plantes i fongs.Webb ME, Marquet A, Mendel RR, Rebeille F & Smith AG (2007) Elucidating biosynthetic pathways for vitamins and cofactors. Nat Prod Rep 24, 988-1008.Begley TP, Chatterjee A, Hanes JW, Hazra A & Ealick SE (2008) Cofactor biosynthesis—still yielding fascinating new biological chemistry. Curr Opin Chem Biol 12, 118-125. El tiazol i les fraccions pirimidíniques se sintetitzen de manera separada per després unir-se i formar ThMP mitjançant la tiamina-fosfat sintetasa (EC 2.5.1.3). Les vies exactes poden diferir entre organismes. En Escherichia coli i altres enterobacteriàcies el ThMP pot ser fosforilat i donar lloc al cofactor ThDP mitjançant una tiamina-fosfat cinasa (ThMP + ATP ThDP + ADP, EC 2.7.4.16). En la majoria dels bacteris i eucariotes, el ThMP és hidrolitzat a tiamina, que llavors pot ser pirofosforilada a ThDP gràcies a l'acció la difosfocinasa de tiamina (tiamina + ATP ThDP + AMP, EC 2.7.6.2).
Les vies de biosíntesi són regulades per riboswitches en tots els organismes que sintetitzen tiamina. Si hi ha una quantitat de tiamina suficient dins la cèl·lula, la tiamina es lliga als gens de codificació de mRNA exigits en la via, evitant la traducció dels enzims. Si no hi ha presència de tiamina no té lloc la inhibició, i els enzims exigits per a la biosíntesi es produeixen. El riboswitch específic, el TPP riboswitch, és l'únic riboswitch identificat tant en organismes eucariotes com procariotes.Switching the light on plant riboswitches. Samuel Bocobza and Asaph Aharoni Trends in Plant Science Volume 13, Issue 10, October 2008, Pages 526-533
Nutrició Presència en els aliments La tiamina es troba en una gran varietat d'aliments en quantitats reduïdes. El llevat i la carn de porc són les fonts dietètiques més importants de tiamina, en virtut de la seva ubiqüitat. Per altra banda, els cereals integrals contenen més tiamina que els grans refinats, ja que la tiamina es troba principalment en les capes externes del gra i en el germen (que s'elimina durant el procés de refinació). Per exemple, 100 g de farina de blat integral conté 0,55 mg de tiamina, mentre que 100 g de farina blanca només en conté 0,06 mg. Als Estats Units, la farina processada ha de ser enriquida amb mononitrat (juntament amb la niacina, ferro ferrós, riboflavina i àcid fòlic) per reemplaçar el perdut en el procés.
Alguns altres aliments rics en tiamina són la farina de civada, el lli, les llavors de gira-sol, l'arròs i el sègol integrals, els espàrrecs, les cols, la coliflor, les patates, les taronges, el fetge (de boví, porc i pollastre) i els ous.
L'hidroclorur de tiamina (Betaxin) és un additiu cristal·lí higroscòpic de color blanc. S'utilitza en els aliments per donar gust caldós o de carn a salses o sopes. És un intermediari natural que resulta d'una reacció tiamina-HCl, que precedeix a la hidròlisi i la fosforilació, abans que sigui finalment emprada (en forma de TPP) en una sèrie de reaccions enzimàtiques d'aminoàcids, greixos i hidrats de carboni.Skylabs Inc. "Thiamine Hydrochloride Information." 2007.
Referència de la ingesta diària i altes dosis La ingesta diària recomanada (RDA, de l'anglès reccomended dietary allowance) en la majoria de països es troba al voltant d'1,1 mg en les persones adultes (1,4 mg en dones embarassades i mares lactants). No obstant això, proves fetes a partir de dones voluntàries amb dosis diàries de 50 mg han mostrat un augment en l'agudesa mental.Thiamine's Mood-Mending Qualities , Richard N. Podel, Nutrition Science News, January 1999. No hi ha informes disponibles sobre possibles efectes adversos del consum de tiamina per excés d'ingestió d'aliments i suplements. Com que les dades són insuficients per a una avaluació quantitativa del risc, cap nivell de consum tolerable superior pot ser derivat de la tiamina.
Antagonistes La tiamina en els aliments pot ser degradada de diverses maneres. Els sulfits, que s'afegeixen als aliments en general com a conservant,McGuire, M. and K.A. Beerman. Nutritional Sciences: From Fundamentals to Foods. 2007. California: Thomas Wadsworth. ataquen la tiamina en l'estructura del pont de metilè, tallant l'anell de pirimidina de l'anell de tiazol. En condicions d'acidesa la taxa d'aquesta reacció augmenta. La tiamina és degradada per tiaminases termolàbils (presents en peixos i mariscs crus). Algunes tiaminases són produïdes per bacteris. Les tiaminases bacterianes són enzims de la superfície cel·lular que s'han de dissociar de la membrana abans de ser activats; la dissociació pot ocórrer en remugants en condicions d'acidosi. Els bacteris de la panxa també redueixen el sulfat a sulfit. És per això que l'alta ingesta diària de sulfat pot tenir activitats antagòniques de la tiamina.