Коензим Q10: Определение, синтез, абсорбция, транспорт и разпределение

Коензим Q10 (CoQ10; синоним: убихинон) е витаминоид (витаминоподобно вещество), открит през 1957 г. в Университета на Уисконсин. Изясняването на химическата му структура е извършено една година по-късно от работната група, ръководена от химика на природните продукти проф. К. Фолкерс. Коензимите Q са съединения на кислород (O2), водород (H) и въглероден (C) атоми, които образуват така наречената пръстеновидна хинонова структура. Към бензохиноновия пръстен е прикрепена липофилна (мастноразтворима) изопреноидна странична верига. Химичното наименование на коензима Q е 2,3-диметокси-5-метил-6-полиизопрен-парабензохинон. В зависимост от броя на изопреновите единици могат да се разграничат коензимите Q1-Q10, които се срещат естествено. Например, коензим Q9 се изисква от растенията за фотосинтеза. Само за хората коензим Q10 е от съществено значение. Тъй като коензимите Q присъстват във всички клетки - човешки, животински, растителни, бактерии - те също се наричат ​​убихинони (на латински „ubique“ = „навсякъде“). Животински храни, като мускулно месо, черен дроб, риба и яйца, съдържат главно коензим Q10, докато храните от растителен произход имат предимно убихинони с по-малък брой изопренови единици - например високо количество коензим Q9 се намира в пълнозърнести продукти. Убихиноните имат структурни прилики с витамин Е и витамин К.

Синтез

Човешкият организъм е способен да синтезира коензим Q10 в почти всички тъкани и органи. Основните места за синтез са мембраните на митохондрии („Енергийни централи“ на еукариотни клетки) в черен дроб. Предшественикът на бензохиноновата част е аминокиселината тирозин, която се синтезира ендогенно (в организма) от основната (жизненоважна) аминокиселина фенилаланин. Метиловите (СН3) групи, прикрепени към хиноновия пръстен, са получени от универсалния донор на метилова група (даряващ СН3 групи) S-аденозилметионин (SAM). Синтезът на изопреноидната странична верига следва общия биосинтетичен път на изопреноидни вещества чрез мевалонова киселина (разклонена верига, наситена хидрокси мастна киселина) - така нареченият мевалонат път (образуване на изопреноиди от ацетил-коензим А (ацетил-КоА)). Самосинтезът на коензим Q10 също изисква различни B-групи витамини, като ниацин (витамин В3), пантотенова киселина (витамин В5), пиридоксин (витамин В6), фолиева киселина (витамин В9) и кобаламин (витамин B12). Например, пантотенова киселина участва в осигуряването на ацетил-КоА, пиридоксин в биосинтеза на бензохинон от тирозин и фолиева киселинаи кобаламин в реметилирането (трансфер на СН3 група) на хомоцистеин да се метионин (→ синтез на SAM). Недостатъчно снабдяване с предшествениците на убихинон тирозин, SAM и мевалонова киселина и витамини B3, B5, B6, B9 и B12 могат значително да намалят ендогенния синтез на Q10 и да увеличат риска от дефицит на коензим Q10. По същия начин, недостатъчен (неадекватен) прием на витамин Е може да намали самосинтеза на Q10 и олово до значително намаляване на нивата на убихинон в органите. Пациенти с дългосрочно общо парентерално хранене (изкуствено хранене, заобикаляйки стомашно-чревния тракт) често показват дефицит на коензим Q10 поради недостатъчен ендогенен (ендогенен) синтез. Причината за недостатъчния самосинтез на Q10 е липсата на метаболизъм на първо преминаване (преобразуване на вещество по време на първото му преминаване през черен дроб) от фенилаланин до тирозин и преференциалното използване на тирозин за биосинтеза на протеини (ендогенно производство на протеин). В допълнение, ефектът на първо преминаване на метионин към SAM отсъства, така че метионинът се трансаминира предимно в сулфат (изместване или освобождаване на амино (NH2) група) извън черния дроб. В хода на заболявания като фенилкетонурия (PKU), скоростта на синтез Q10 също може да бъде намалена. Това заболяване е най-честата вродена грешка в метаболизма с честота (брой нови случаи) около 1: 8,000 XNUMX. Засегнатите пациенти показват липса или намалена активност на ензима фенилаланин хидроксилаза (PAH), който е отговорен за разграждането на фенилаланин до тирозин. Резултатът е натрупване (натрупване) на фенилаланин в организма, което води до увреждане мозък Поради липсата на метаболитен път към тирозин възниква относителен дефицит на тази аминокиселина, който в допълнение към биосинтеза на невротрансмитер допамин, хормон на щитовидната жлеза тироксин и пигментния пигмент меланин, намалява синтеза на коензим Q10. Терапия с статини (наркотици използвани за понижаване нивата на холестерола), който се използва за хиперхолестеролемия (повишени нива на серумен холестерол), е свързано с повишени нужди от коензим Q10. Статините, Като симвастатин, правастатин, ловастатин и аторвастатин, принадлежат към класа на фармакологичните вещества на инхибитори на 3-хидрокси-3-метилглутарил-коензим А редуктаза (HMG-CoA редуктаза), които инхибират (инхибират) превръщането на HMG-CoA в мевалонова киселина - стъпка, определяща скоростта в холестерол синтез - чрез блокиране на ензима. Статините следователно са известни още като холестерол инхибитори на синтез ензим (CSE). Чрез блокада на HMG-CoA редуктаза, което води до намалено осигуряване на мевалонова киселина, статините предотвратяват ендогенния синтез на убихинон в допълнение към холестерол биосинтеза. Намалени серумни концентрации на Q10 често се наблюдават при пациенти, лекувани с CSE инхибитори. Не е ясно обаче дали намаленият серумен Q10 е резултат от намален самосинтез или индуцирано от статини намаляване на серумните нива на липидите или и двете, тъй като серумният концентрация на убихинон-10, който се транспортира в кръв от липопротеини, корелира с този на циркулиращите липиди в кръвта. Нарушеният самосинтез на Q10 с използване на статини, комбиниран с нисък хранителен (диетичен) прием на Q10 увеличава риска от дефицит на коензим Q10. Поради тази причина пациентите, които трябва да приемат редовно инхибитори на HMG-CoA редуктаза, трябва да осигурят адекватен прием на диетичен коензим Q10 или да получат допълнителни добавки Q10. Използването на коензим Q10 може значително да намали страничните ефекти на CSE инхибиторите, тъй като те отчасти се дължат на дефицит на убихинон-10. С увеличаване на възрастта, намаляващо Q10 концентрация може да се наблюдава в различни органи и тъкани. Наред с други неща, като причина се обсъжда намален самосинтез, който вероятно се дължи на недостатъчно снабдяване с предшествениците на убихинон и / или с различни витамини на група В. По този начин, хиперхомоцистеинемия (повишен хомоцистеин ниво) често се среща при възрастните в резултат на дефицит на витамин B12, фолиева киселинаи витамин В6, съответно, което е свързано с намалено осигуряване на SAM.

Абсорбцията

Подобно на мастноразтворимите витамини A, D, E и K, коензимите Q също се абсорбират (поглъщат) в горната част на тънките черва по време на храносмилането поради мастната им липофилна изопреноидна странична верига, т.е. наличието на хранителни мазнини като средство за транспортиране на липофилните молекули, на жлъчните киселини за разтваряне (повишаване на разтворимостта) и образуване на мицели (образуват транспортни зърна, които правят мастноразтворимите вещества транспортируеми във воден разтвор) и на панкреатичните естерази (храносмилателни ензими от панкреаса) за разцепване на свързаните убихинони е необходимо за оптимална чревна абсорбция (поглъщане през червата). Свързаните с храна убихинони първо се подлагат на хидролиза (разцепване чрез реакция с вода) в чревния лумен посредством естерази (храносмилателни ензими) от панкреаса. Коензимите Q, освободени в този процес, достигат граничната мембрана на четката на ентероцитите (клетки на тънките чревни епители) като част от смесените мицели (агрегати от жлъчни соли и амфифилни липиди) и се интернализират (поглъщат в клетките). Вътреклетъчно (в рамките на клетките), включването (усвояването) на убихинони се случва в хиломикрони (богати на липиди липопротеини), които транспортират липофилните витаминоиди през лимфата в периферното кръвообращение. Поради високото молекулно тегло и разтворимостта на липидите, бионаличността на доставените убихинони е ниска и вероятно варира от 5-10%. Скоростта на абсорбция намалява с увеличаване на дозата. Едновременният прием на мазнини и вторични растителни съединения, като флавоноиди, повишава бионаличността на коензим Q10.

Транспорт и разпределение в тялото

По време на транспортиране до черния дроб, безплатно мастни киселини (FFS) и моноглицеридите от хиломикроните се освобождават в периферните тъкани, като мастната тъкан и мускулите, под действието на липопротеин липаза (LPL), който се намира върху клетъчните повърхности и се разцепва триглицериди. Този процес разгражда хиломикроните до остатъци от хиломикрон (остатъци от хиломикрон с ниско съдържание на мазнини), които се свързват със специфични рецептори в черния дроб. Поемането на коензими Q в черния дроб се осъществява чрез рецептор-медиирана ендоцитоза (поглъщане в клетки от инвагинация на биомембраната за образуване на везикули). В черния дроб хранителните коензими с ниска верига (коензими Q1-Q9) се превръщат в коензим Q10. Впоследствие убихинон-10 се съхранява в VLDL (много ниско плътност липопротеини). VLDL се секретира (секретира) от черния дроб и се въвежда в кръвта, за да разпредели коензима Q10 в екстрахепаталните (извън черния дроб) тъкани. Коензим Q10 е локализиран в мембраните и липофилните субклетъчни структури, особено вътрешната митохондриална мембрана, на всички телесни клетки - предимно тези с висок енергиен оборот. Най - високите концентрации на Q10 се откриват в сърце, черен дроб и бели дробове, последвани от бъбреци, панкреас (панкреас) и далак. В зависимост от съответните редокс съотношения (съотношения на редукция / окисление), витаминоидът присъства в окислена (убихинон-10, съкратена като CoQ10) или редуцирана форма (убихинол-10, убихидрохинон-10, съкратена като CoQ10H2) и по този начин влияе както върху структурата и ензимното оборудване на клетъчните мембрани. Например активността на трансмембранните фосфолипази (ензими които се цепят фосфолипиди и други липофилни вещества) се контролира от редокс състоянието. Поглъщането на коензим Q10 от целевите клетки е тясно свързано с липопротеиновия катаболизъм (разграждане на липопротеините). Тъй като VLDL се свързва с периферните клетки, някои Q10 са безплатни мастни киселинии моноглицеридите се интернализират (поглъщат в клетките) чрез пасивна дифузия чрез действието на липопротеин липаза. Това води до катаболизма на VLDL към IDL (междинен плътност липопротеини) и впоследствие до LDL (ниско плътност липопротеини; богати на холестерол липопротеини с ниска плътност). Убихинон-10, свързан с LDL се поема в черния дроб и екстрахепаталните тъкани чрез рецептор-медиирана ендоцитоза, от една страна и се прехвърля в HDL (липопротеини с висока плътност) от друга. HDL участва значително в транспорта на липофилни вещества от периферните клетки обратно към черния дроб. Общият запас на убихинон-10 в човешкото тяло зависи от предлагането и се смята, че е 0.5-1.5 g. При различни заболявания или процеси, като миокарден и туморни заболявания, диабет мелитус, невродегенеративни заболявания, облъчване, хронично стрес и увеличаване на възрастта или рискови фактори, Като пушене и UV лъчение, коензим Q10 концентрация in кръв плазма, органи и тъкани, като кожа, може да се намали. Свободните радикали или патофизиологичните състояния се обсъждат като причина. Остава неясно дали самото намалено съдържание на Q10 има патогенни ефекти или е просто страничен ефект. Намаленият цялостен телесен убихинон-10 с възрастта е най-забележим в сърдечния мускул, в допълнение към черния дроб и скелетните мускули. Докато 40-годишните имат около 30% по-малко Q10 в сърдечния мускул, отколкото здравите 20-годишни, концентрацията на Q10 при 80-годишните е с 50-60% по-ниска от тази на здравите 20-годишни. Функционални разстройства се очаква при Q10 дефицит от 25% и животозастрашаващи нарушения при спад в концентрацията на Q10 над 75%. Няколко фактора могат да се разглеждат като причина за намаляване на съдържанието на убихинон-10 в напреднала възраст. В допълнение към намален ендогенен синтез и неадекватен хранителен прием, намаляване на митохондриите маса и увеличена консумация поради окислителни стрес изглежда да играе роля.