Кінець 67-річної загадки: біохіміки довели «шалену» теорію механізму дії вітаміну B1

Вітамін B1, або тіамін, — це «сірий кардинал» нашого метаболізму. Без нього клітини не здатні перетворювати їжу на енергію, а нервова система просто відключається. Проте протягом десятиліть науковці сперечалися: як саме ця крихітна молекула виконує свою роботу всередині живої клітини?

У 1958 році хімік Рональд Бреслоу висунув «шалену» ідею. Він припустив, що вітамін B1 на частки секунди перетворюється на карбен — надзвичайно агресивну форму вуглецю з «порожніми» зв’язками. Проблема полягала в тому, що карбени та вода — запеклі вороги. У водному середовищі карбен мав би миттєво анігілювати, не встигнувши вступити в реакцію. Теорія Бреслоу виглядала логічною на папері, але біологічно неможливою на практиці.

Команда з Каліфорнійського університету в Ріверсайді (UC Riverside) поставила крапку в цій суперечці. Вони змогли синтезувати аналог тіаміну та оточили його захисним каркасом із хлорованих карборанів. Ця «броня» створила навколо реактивного центру суху зону, що дозволило карбену залишатися стабільним у воді протягом кількох місяців. Експеримент блискуче підтвердив: природа знайшла спосіб використовувати надпотужні хімічні інструменти там, де за законами класичної хімії вони існувати не можуть.

Чому це стосується кожного з нас? Розуміння того, що B1 діє через механізм карбенів, відкриває шлях до створення «зеленої» хімії. Тепер ми можемо застосовувати органічні каталізатори на основі вітамінів там, де раніше були необхідні токсичні важкі метали.

Крім того, це змінює підхід до лікування складних форм дефіциту вітамінів та метаболічних розладів. Якщо ми знаємо, як «броня» ферменту захищає активний центр, ми зможемо проєктувати ліки, які відновлюють цей захист у разі генетичних збоїв.

Чи замислювалися ви коли-небудь, скільки ще «неможливих» реакцій відбувається у вашому тілі просто зараз завдяки тому, що еволюція навчилася обходити закони пробірки? Схоже, біологія значно сміливіша за наші найсміливіші теорії.

У чому суть «шаленої» теорії Бреслоу?

Вітамін B1 (тіамін) у формі свого коферменту (тіаміндифосфату, TPP) бере участь у ключових реакціях метаболізму:

• декарбоксилюванні пірувату (перетворення на ацетил-CoA),
• роботі пентозофосфатного шляху,
• метаболізмі кетонових тіл та амінокислот із розгалуженим ланцюгом.

Бреслоу припустив, що тіамін діє не просто як «звичайний» кофермент, а тимчасово перетворюється на карбеноподібну проміжну сполуку (інтермедіат Бреслоу). Цей карбен має високу реакційну здатність і дозволяє ферментам каталізувати реакції, які інакше були б украй складними у водному середовищі клітини.

Проблема: звичайні карбени миттєво реагують із водою і руйнуються. Тому багато вчених вважали ідею Бреслоу «шаленою» та нездійсненною в біологічних умовах.

Що вдалося зробити у 2025 році?

Команда синтезувала спеціальну молекулу-контейнер (на основі імідазолію), яка захистила карбен від атаки молекул води. В результаті:

• Карбен уперше вдалося не лише згенерувати, а й стабілізувати в рідкій воді.
• Його ізолювали, запечатали в пробірку та спостерігали за ним протягом кількох місяців без жодного руйнування.
• Структуру було підтверджено за допомогою спектроскопії та інших методів.

Це перший в історії стабільний карбен у водному середовищі.

Чому це важливо?

Фундаментально — ми нарешті точно зрозуміли молекулярний механізм роботи вітаміну B1. Це змінює підручники з біохімії.

Практично:

• Краще розуміння дефіциту вітаміну B1 (бері-бері, неврологічні проблеми при алкоголізмі, діабеті тощо).
• Нові підходи до зеленої хімії та біокаталізу: карбени у воді можуть замінити токсичні розчинники та каталізатори.
• Перспектива створення ефективніших аналогів вітаміну B1 або ліків для лікування метаболічних порушень.
• Метод захисту карбенів можна застосувати до інших надреактивних інтермедіатів, які раніше не вдавалося дослідити.

Це класичний приклад того, коли «шалена» теорія через 67 років виявляється вірною завдяки прогресу синтетичної хімії.