Thiamine/ja: Difference between revisions
Thiamine/ja
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5種類の天然チアミンリン酸誘導体が知られている:[[thiamine monophosphate/ja|チアミン一リン酸]](ThMP)、チアミンピロリン酸(TPP)、[[thiamine triphosphate/ja|チアミン三リン酸]](ThTP)、[[adenosine thiamine diphosphate/ja|アデノシンチアミン二リン酸]](AThDP)、[[adenosine thiamine triphosphate/ja|アデノシンチアミン三リン酸]](AThTP)。これらは多くの細胞プロセスに関与している。最もよく知られているのはTPPで、糖とアミノ酸の[[catabolism/ja|異化]]における[[coenzyme/ja|補酵素]]である。その役割はよく知られているが、チアミンとその誘導体の非補酵素作用は、その機構を用いないタンパク質との結合によって実現されている可能性がある。一リン酸については、チアミンが細胞内で二リン酸および三リン酸に変換される際の中間体としての役割以外、生理学的な役割は知られていない。 | 5種類の天然チアミンリン酸誘導体が知られている:[[thiamine monophosphate/ja|チアミン一リン酸]](ThMP)、チアミンピロリン酸(TPP)、[[thiamine triphosphate/ja|チアミン三リン酸]](ThTP)、[[adenosine thiamine diphosphate/ja|アデノシンチアミン二リン酸]](AThDP)、[[adenosine thiamine triphosphate/ja|アデノシンチアミン三リン酸]](AThTP)。これらは多くの細胞プロセスに関与している。最もよく知られているのはTPPで、糖とアミノ酸の[[catabolism/ja|異化]]における[[coenzyme/ja|補酵素]]である。その役割はよく知られているが、チアミンとその誘導体の非補酵素作用は、その機構を用いないタンパク質との結合によって実現されている可能性がある。一リン酸については、チアミンが細胞内で二リン酸および三リン酸に変換される際の中間体としての役割以外、生理学的な役割は知られていない。 | ||
===チアミンピロリン酸塩=== | ===チアミンピロリン酸塩=== | ||
{{main/ja|thiamine pyrophosphate/ja}} | {{main/ja|thiamine pyrophosphate/ja}} | ||
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** [[transketolase/ja]] | ** [[transketolase/ja]] | ||
* いくつかの種に存在する: | * いくつかの種に存在する: | ||
** [[pyruvate decarboxylase/ja|ピルビン酸脱炭酸酵素]]([[yeast/ja|酵母]] | ** [[pyruvate decarboxylase/ja|ピルビン酸脱炭酸酵素]]([[yeast/ja|酵母]]にある) | ||
** さらにいくつかの[[bacteria/ja|バクテリア]]l酵素がある | ** さらにいくつかの[[bacteria/ja|バクテリア]]l酵素がある | ||
酵素トランスケトラーゼ、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ(PDH)、2-オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ(OGDH)は[[carbohydrate metabolism/ja|糖質代謝]]において重要である。PDHは解糖と[[citric acid cycle/ja|クエン酸サイクル]]を結びつける。OGDHは[[citric acid cycle/ja|クエン酸サイクル]]において、[[Alpha-Ketoglutaric acid/ja|2-オキソグルタル酸]](α-ケトグルタル酸)から[[succinyl-CoA/ja|スクシニル-CoA]]およびCO<sub>2</sub>への全体的な変換を触媒する。OGDHによって触媒される反応はクエン酸サイクルの律速段階である。細胞質酵素トランスケトラーゼは、ペントース[[sugar/ja|糖]]である[[deoxyribose/ja|デオキシリボース]]と[[ribose/ja|リボース]]の生合成の主要な経路である[[pentose phosphate pathway/ja|ペントースリン酸経路]]の中心である。ミトコンドリアのPDHとOGDHは、細胞の主要なエネルギー伝達分子である[[adenosine triphosphate/ja|アデノシン三リン酸]](ATP)の生成をもたらす生化学的経路の一部である。神経系では、PDHは[[myelin/ja|ミエリン]]と神経伝達物質[[acetylcholine/ja|アセチルコリン]]の合成にも関与している。 | 酵素トランスケトラーゼ、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ(PDH)、2-オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ(OGDH)は[[carbohydrate metabolism/ja|糖質代謝]]において重要である。PDHは解糖と[[citric acid cycle/ja|クエン酸サイクル]]を結びつける。OGDHは[[citric acid cycle/ja|クエン酸サイクル]]において、[[Alpha-Ketoglutaric acid/ja|2-オキソグルタル酸]](α-ケトグルタル酸)から[[succinyl-CoA/ja|スクシニル-CoA]]およびCO<sub>2</sub>への全体的な変換を触媒する。OGDHによって触媒される反応はクエン酸サイクルの律速段階である。細胞質酵素トランスケトラーゼは、ペントース[[sugar/ja|糖]]である[[deoxyribose/ja|デオキシリボース]]と[[ribose/ja|リボース]]の生合成の主要な経路である[[pentose phosphate pathway/ja|ペントースリン酸経路]]の中心である。ミトコンドリアのPDHとOGDHは、細胞の主要なエネルギー伝達分子である[[adenosine triphosphate/ja|アデノシン三リン酸]](ATP)の生成をもたらす生化学的経路の一部である。神経系では、PDHは[[myelin/ja|ミエリン]]と神経伝達物質[[acetylcholine/ja|アセチルコリン]]の合成にも関与している。 | ||
=== | === チアミン三リン酸 === | ||
[[File:Thiamine triphosphate coloured.svg|thumb|right|チアミン三リン酸(ThTP)]] | [[File:Thiamine triphosphate coloured.svg|thumb|right|チアミン三リン酸(ThTP)]] | ||
ThTPは哺乳類やその他の動物の神経細胞における[[chloride channel/ja|クロライド・チャンネル]]の活性化に関与しているが、その役割はよくわかっていない。ThTPはバクテリア、菌類、植物でも見つかっており、他の細胞での役割も示唆している。''[[Escherichia coli/ja|大腸菌]]''では、アミノ酸飢餓に対する反応に関与している。 | ThTPは哺乳類やその他の動物の神経細胞における[[chloride channel/ja|クロライド・チャンネル]]の活性化に関与しているが、その役割はよくわかっていない。ThTPはバクテリア、菌類、植物でも見つかっており、他の細胞での役割も示唆している。''[[Escherichia coli/ja|大腸菌]]''では、アミノ酸飢餓に対する反応に関与している。 | ||
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AThTPは''大腸菌''に存在し、炭素飢餓の結果として蓄積する。この細菌では、AThTPは全チアミンの最大{{Percentage|20}}を占めることがある。また、[[yeast/ja|酵母]]や高等植物の根、動物組織にも少ない量ではあるが存在する。 | AThTPは''大腸菌''に存在し、炭素飢餓の結果として蓄積する。この細菌では、AThTPは全チアミンの最大{{Percentage|20}}を占めることがある。また、[[yeast/ja|酵母]]や高等植物の根、動物組織にも少ない量ではあるが存在する。 | ||
==医薬用途== | |||
{{Anchor|Medical uses}} | |||
{{See also|Prenatal vitamins}} | {{See also/ja|Prenatal vitamins/ja}} | ||
妊娠中、チアミンは[[placenta/ja|胎盤]]を介して[[fetus/ja|胎児]]に送られる。妊婦は、特に[[Pregnancy/ja#Third trimester|妊娠第三期]]の間、他の成人よりもビタミンの必要量が多い。[[hyperemesis gravidarum/ja|妊娠悪阻]]の妊婦は、嘔吐時の損失によりチアミン欠乏のリスクが高まる。[[Lactation/ja|授乳中]]の女性では、母体でチアミン欠乏症になったとしても、母乳中にチアミンが供給される。 | |||
チアミンは[[Mitochondrion/ja|ミトコンドリア膜]]の発達だけでなく、[[Synaptosome/ja|シナプス膜]]の機能にも重要である。また、欠乏は乳児の脳の発達を妨げ、[[sudden infant death syndrome/ja|乳幼児突然死症候群]]の原因である可能性も示唆されている。 | チアミンは[[Mitochondrion/ja|ミトコンドリア膜]]の発達だけでなく、[[Synaptosome/ja|シナプス膜]]の機能にも重要である。また、欠乏は乳児の脳の発達を妨げ、[[sudden infant death syndrome/ja|乳幼児突然死症候群]]の原因である可能性も示唆されている。 | ||
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1936年の最初の[[total synthesis/ja|全合成]]では、3-エトキシプロパン酸エチルを[[ethyl formate/ja|ギ酸エチル]]で処理して中間体ジカルボニル化合物を得、これを[[Amidine/ja|アセトアミジン]]と反応させると置換[[pyrimidine/ja|ピリミジン]]を形成した。その水酸基のアミノ基への変換は[[nucleophilic aromatic substitution/ja|求核芳香族置換]]によって行われ、まず[[phosphorus oxychloride/ja|オキシ塩化リン]]を用いて塩化誘導体に変換し、続いて[[ammonia/ja|アンモニア]]で処理した。次に[[ethoxy/ja|エトキシ]]基を[[hydrobromic acid/ja|臭化水素酸]]を用いてブロモ誘導体に変換した。最終段階では、4-メチル-5-(2-ヒドロキシエチル)チアゾールを用いた[[alkylation/ja|アルキル化]]反応でチアミン(二臭化物塩として)が生成した。 | 1936年の最初の[[total synthesis/ja|全合成]]では、3-エトキシプロパン酸エチルを[[ethyl formate/ja|ギ酸エチル]]で処理して中間体ジカルボニル化合物を得、これを[[Amidine/ja|アセトアミジン]]と反応させると置換[[pyrimidine/ja|ピリミジン]]を形成した。その水酸基のアミノ基への変換は[[nucleophilic aromatic substitution/ja|求核芳香族置換]]によって行われ、まず[[phosphorus oxychloride/ja|オキシ塩化リン]]を用いて塩化誘導体に変換し、続いて[[ammonia/ja|アンモニア]]で処理した。次に[[ethoxy/ja|エトキシ]]基を[[hydrobromic acid/ja|臭化水素酸]]を用いてブロモ誘導体に変換した。最終段階では、4-メチル-5-(2-ヒドロキシエチル)チアゾールを用いた[[alkylation/ja|アルキル化]]反応でチアミン(二臭化物塩として)が生成した。 | ||
===工業的合成=== | ===工業的合成=== | ||
[[File:Grewe diamine.svg|thumb|チアミンの製造に使われたジアミン]] | [[File:Grewe diamine.svg|thumb|チアミンの製造に使われたジアミン]] | ||
[[Merck & Co.|メルク社]]は1936年の実験室規模の合成を応用し、1937年に[[:en:Rahway|ラーウェイ]]でチアミンを製造できるようにした。しかし、1937年に初めて発表された中間体であるグレウ[[diamine/ja|ジアミン]](5-(アミノメチル)-2-メチル-4-ピリミジナミン)を用いた代替ルートが[[Hoffman La Roche|ホフマン・ラ・ロシュ]]によって研究され、競争力のある製造プロセスが続いた。ジアミンへの効率的なルートは引き続き注目されている。[[:en:European Economic Area|欧州経済領域]]では、チアミンは[[:en:Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals|REACH規則]]に登録されており、年間100トンから1,000トンが製造または輸入されている。 | |||
===合成類似体=== | ===合成類似体=== | ||
多くの[[Vitamin B1 analogues/ja|ビタミンB<sub>1</sub>類似体]]、例えば[[Benfotiamine/ja|ベンフォチアミン]]、[[fursultiamine/ja|フルスルチアミン]]、[[sulbutiamine/ja|スルブチアミン]]はチアミンの合成誘導体である。ほとんどは、チアミンと比較して吸収を改善することを意図した形態として、1950年代と1960年代に日本で開発された。一部の国では、[[diabetic neuropathy/ja|糖尿病性神経障害]]またはその他の健康状態の治療のための薬物または非処方栄養補助食品としての使用が承認されている。 | 多くの[[Vitamin B1 analogues/ja|ビタミンB<sub>1</sub>類似体]]、例えば[[Benfotiamine/ja|ベンフォチアミン]]、[[fursultiamine/ja|フルスルチアミン]]、[[sulbutiamine/ja|スルブチアミン]]はチアミンの合成誘導体である。ほとんどは、チアミンと比較して吸収を改善することを意図した形態として、1950年代と1960年代に日本で開発された。一部の国では、[[diabetic neuropathy/ja|糖尿病性神経障害]]またはその他の健康状態の治療のための薬物または非処方栄養補助食品としての使用が承認されている。 | ||
==吸収、代謝および排泄== | |||
{{Anchor|Absorption, metabolism and excretion}} | |||
小腸上部では、食物中のチアミンリン酸エステルがアルカリ[[phosphatase/ja|ホスファターゼ]]酵素によって加水分解される。低濃度では、吸収過程は担体を介する。高濃度では、吸収は[[passive diffusion/ja|受動拡散]]経由でも起こる。能動輸送はアルコール摂取や[[folate deficiency/ja|葉酸欠乏症]]によって阻害されることがある。 | |||
[[serum (blood)/ja|血清中]]のチアミンの大部分はタンパク質、主に[[albumin/ja|アルブミン]]と結合している。血液中の総チアミンのおよそ{{Percentage|90}}は[[erythrocyte/ja|赤血球]]中にある。チアミン結合タンパク質と呼ばれる特異的な結合タンパク質がラット血清で同定されており、チアミンの組織分布に重要なホルモン制御キャリアタンパク質であると考えられている。血液や他の組織の細胞によるチアミンの取り込みは、能動輸送と受動拡散を介して起こる。遺伝子[[Thiamine transporter 1/ja|SLC19A2]]および[[Thiamine transporter 2/ja|SLC19A3]]によってコードされるトランスポータータンパク質のファミリーの2つのメンバーは、チアミン輸送が可能である。いくつかの組織では、チアミンの取り込みと分泌はNa<sup>+</sup>依存性トランスポーターと経細胞プロトン勾配によって媒介されるようである。 | |||
ヒトのチアミン貯蔵量は約25~30 mgで、骨格筋、心臓、脳、肝臓、腎臓に最も多く存在する。ThMPおよび遊離(リン酸化されていない)チアミンは、血漿、牛乳、[[cerebrospinal fluid/ja|脳脊髄液]]、および推定ではすべての[[extracellular fluid/ja|細胞外液]]に存在する。高度にリン酸化された形態のチアミンとは異なり、ThMPと遊離チアミンは細胞膜を通過することができる。カルシウムとマグネシウムは体内のチアミンの分布に影響を与えることが示されており、[[magnesium deficiency/ja|マグネシウム欠乏]]はチアミン欠乏を悪化させることが示されている。ヒトの組織中のチアミン含量は他の生物種よりも少ない。 | |||
チアミンとその代謝物(2-メチル-4-アミノ-5-ピリミジンカルボン酸、4-メチル-チアゾール-5-酢酸など)は主に尿中に排泄される。 | |||
===干渉=== | |||
食品中のチアミンの[[bioavailability/ja|生物学的利用能]]は、様々な方法で阻害される可能性がある。保存料として食品に添加される[[Sulfite/ja|亜硫酸塩]]は、チアミンをメチレン橋で攻撃し、チアゾール環からピリミジン環を切断する。この反応の速度は酸性条件下で増大する。チアミンは、魚介類やその他の食品に含まれる熱分解性の[[thiaminase/ja|チアミナーゼ]]によって分解される。アフリカのカイコ、''[[Anaphe venata/ja|Anaphe venata]]'の蛹はナイジェリアの伝統的な食べ物である。摂取するとチアミン欠乏症になる。古い文献によると、タイでは発酵させた未調理の魚を摂取するとチアミン欠乏症になるが、魚を食べるのを控えるか、加熱すると欠乏症が回復したと報告されている。反芻動物では、腸内細菌がチアミンとチアミナーゼを合成する。細菌のチアミナーゼは細胞表面酵素であり、活性化される前に細胞膜から解離しなければならない;解離は反芻動物では[[acidosis/ja|酸性条件下]]で起こりうる。[[dairy cattle/ja|乳牛]]では、穀物の過剰給与により亜急性ルーミナルアシドーシスが起こり、ルーミナル細菌チアミナーゼの放出が増加し、チアミン欠乏症が起こる。 | |||
タイで実施された2つの小規模研究の報告から、[[betel/ja|キンマ]]の葉に包まれた[[areca nut/ja|アレカナッツ]]のスライスを噛んだり、茶葉を噛んだりすると、[[tannins/ja|タンニン]]が関与していると思われる機序によって、食物のチアミン生物学的利用能が低下することがわかった。 | |||
減量のための肥満手術はビタミンの吸収を妨げることが知られている。メタアナリシスでは、肥満手術を受けた人の{{Percentage|27}}がビタミンB<sub>1</sub>欠乏を経験していると報告している。 | |||
==歴史== | |||
{{Anchor|History}} | |||
{{See|Vitamin#History}} | {{See/ja|Vitamin/ja#History}} | ||
チアミンは水溶性ビタミンの中で最初に単離された。ヒトやニワトリの初期の観察では、精白米を主食とする食餌が脚気を引き起こすことが示されていたが、それまで知られていなかった必須栄養素の欠乏が原因とはされていなかった。 | |||
1884年、[[:en:Imperial Japanese Navy|大日本帝国海軍]]の外科医総長であった[[:en:Takaki Kanehiro|高木兼寛]]は、脚気についてそれまでの[[Germ theory of disease/ja|細菌説]]を否定し、代わりにこの病気は食生活の不備によるものであることを示唆した。彼は、海軍の船上で食事を変えたところ、白米だけの食事を、大麦、肉、牛乳、パン、野菜も含む食事に置き換えることで、9ヶ月の航海で脚気がほとんどなくなることを発見した。しかし、高木は成功した食事に多くの食品を加えており、当時はビタミンが未知であったため、タンパク質の摂取量が増えたから効果があったという誤った解釈をしていた。海軍はこのような高価な食事改善プログラムの必要性に納得せず、1904年から5年にかけての[[:en:Russo-Japanese war|日露戦争]]でも、多くの兵士が脚気で死亡し続けた。1905年になってようやく、[[Bran/ja#Rice bran|米ぬか]]([[rice polisher/ja|精白米]]によって取り除かれる)と大麦の糠から抗血管炎因子が発見され、高木の実験は報われた。彼は日本の貴族制度で男爵となり、親しみを込めて「麦男爵」と呼ばれるようになった。 | |||
穀物との具体的な関連は、1897年に[[:en:Dutch East Indies|オランダ領東インド]]の軍医であった[[:en:Christiaan Eijkman|Christiaan Eijkman]]が発見した。彼は、炊いた精米した米を食べた家禽が麻痺を起こし、精米を中止すれば回復することを発見した。彼は脚気は米に含まれる高レベルの[[starch/ja|デンプン]]が有毒であるためだと考えた。彼はその毒性は精米に含まれる化合物で相殺されると考えた。同僚の[[:en:Gerrit Grijns|Gerrit Grijns]]は1901年に精米の過剰摂取と脚気との関係を正しく解釈した: 彼は、精米によって取り除かれた米粒の外層に必須栄養素が含まれていると結論づけた。アイクマンは最終的に1929年に[[:en:Nobel Prize in Physiology and Medicine|ノーベル生理学・医学賞]]を受賞したが、それは彼の観察がビタミンの発見につながったからである。 | |||
1910年、[[:en:University of Tokyo|東京帝国大学]]の農芸化学者である[[:en:Umetaro Suzuki|鈴木梅太郎]]は米糠から水溶性のチアミン化合物を単離し、これを''aberic acid''と命名した(後に''Orizanin''と改名)。(後に''Orizanin''と改名した)彼はこの化合物が抗血圧因子であるだけでなく、ヒトの栄養学に必須であると説明したが、この発見は日本国外での評判を得ることができなかった。1911年、ポーランドの生化学者[[:en:Casimir Funk|Casimir Funk]]が米ぬかから[[Wikt:antineuritic|痒み止め]]物質(現代のチアミン)を単離し、それを(アミノ基を含むことから)「ビタミン」と呼んだ。しかし、ファンクはその化学構造を完全に解明したわけではなかった。オランダの化学者、[[:en:Barend Coenraad Petrus Jansen|Barend Coenraad Petrus Jansen]]と彼の最も親しい共同研究者であったWillem Frederik Donathは、1926年に活性物質の単離と結晶化に成功し、その構造は1934年に[[:en:Robert Runnels Williams|Robert Runnels Williams]]によって決定された。チアミンは、ウィリアムズのチームによって、「チオ」(含硫の意)と「ビタミン」の[[portmanteau/ja|合成語]]として命名された。「ビタミン」という用語は、ファンクによって間接的にチアミン自体のアミン基から来ている(しかし、この頃までに、ビタミンは必ずしもアミンであるとは限らないことが知られていた、例えば[[vitamin C/ja|ビタミンC]])。チアミンも1936年にウィリアムズグループによって合成された。 | |||
[[:en:Oxford University|Oxford]]の[[:en:Rudolph Peters|Rudolph Peters]]卿は、チアミン欠乏が脚気の病理生理学的症状をもたらす仕組みを理解するためにハトを使った。精白米だけを食べさせられたハトは[[opisthotonos/ja|オピストトン]]を発症した。治療しなければ数日後に死亡した。オピストホトノスが観察された後にチアミンを投与すると、30分以内に完治した。チアミン投与の前後でハトの脳に形態学的変化が見られなかったことから、ピータースは生化学的誘発傷害という概念を導入した。1937年、LohmannとSchusterは、二リン酸化チアミン誘導体TPPがピルビン酸の酸化的脱炭酸に必要な補酵素であることを示した。 | |||
<gallery caption="Some contributors to the discovery of thiamine" mode="nolines"> | <gallery caption="Some contributors to the discovery of thiamine" mode="nolines"> | ||
File:Takaki Kanehiro.jpg|[[Takaki Kanehiro]] | File:Takaki Kanehiro.jpg|[[:en:Takaki Kanehiro|Takaki Kanehiro]] | ||
File:Eijkman.jpg|[[Christiaan Eijkman]] | File:Eijkman.jpg|[[:en:Christiaan Eijkman|Christiaan Eijkman]] | ||
File:Portrait_of_Gerrit_Grijns_Wellcome_M0010254.jpg|[[Gerrit Grijns]] | File:Portrait_of_Gerrit_Grijns_Wellcome_M0010254.jpg|[[:en:Gerrit Grijns|Gerrit Grijns]] | ||
File:Umetarosuzuki-pre1943.jpg|[[Umetaro Suzuki]] | File:Umetarosuzuki-pre1943.jpg|[[:en:Umetaro Suzuki|Umetaro Suzuki]] | ||
File:Casimir_Funk_01.jpg|[[Casimir Funk]] | File:Casimir_Funk_01.jpg|[[:en:Casimir Funk|Casimir Funk]] | ||
File:Rudolph Albert Peters.jpg|[[Rudolph Peters]] | File:Rudolph Albert Peters.jpg|[[:en:Rudolph Peters|Rudolph Peters]] | ||
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