Koenzým Q10: Definícia, syntéza, absorpcia, transport a distribúcia

Koenzým Q10 (CoQ10; synonymum: ubichinón) je vitamín (látka podobná vitamínom), ktorá bola objavená v roku 1957 na univerzite vo Wisconsine. O ich chemickej štruktúre sa dozvedeli o rok neskôr pracovná skupina vedená chemikom prírodných produktov Prof. K. Folkersom. Koenzýmy Q sú zlúčeniny kyslík (O2), vodík (H) a uhlík (C) atómy, ktoré tvoria takzvanú chinónovú štruktúru v tvare kruhu. Na benzochinónový kruh je pripojený lipofilný (v tukoch rozpustný) izoprenoidový bočný reťazec. Chemický názov koenzýmu Q je 2,3-dimetoxy-5-metyl-6-polyizoprén-parabenzochinón. V závislosti od počtu izoprénových jednotiek možno rozlíšiť koenzýmy Q1-Q10, ktoré sa všetky vyskytujú prirodzene. Napríklad rastliny potrebujú na fotosyntézu koenzým Q9. Iba pre ľudí koenzým Q10 je nevyhnutné. Pretože koenzýmy Q sú prítomné vo všetkých bunkách - ľudských, zvieracích, rastlinných, baktérie - nazývajú sa tiež ubichinóny (latinsky „ubique“ = „všade“). Živočíšne potraviny, ako napríklad svalovina, pečeň, ryby a vajcia, obsahujú hlavne koenzým Q10, zatiaľ čo potraviny rastlinného pôvodu majú prevažne ubichinóny s nižším počtom izoprénových jednotiek - napríklad vysoké množstvo koenzýmu Q9 sa nachádza v celozrnných výrobkoch. Ubichinóny majú štrukturálnu podobnosť s vitamín E a vitamín K.

syntéza

Ľudský organizmus je schopný syntetizovať koenzým Q10 takmer vo všetkých tkanivách a orgánoch. Hlavnými miestami syntézy sú membrány mitochondrie („Energetické elektrárne“ eukaryotických buniek) v pečeň. Prekurzorom benzochinónovej skupiny je aminokyselina tyrozín, ktorá sa syntetizuje endogénne (v tele) z esenciálnej (životne dôležitej) aminokyseliny fenylalanínu. Metyl (CH3) skupiny pripojené k chinónovému kruhu sú odvodené od donora univerzálnej metylovej skupiny (darujúce skupiny CH3) S-adenosylmethionínu (SAM). Syntéza izoprenoidového bočného reťazca sleduje všeobecnú biosyntetickú cestu izoprenoidových látok kyselinou mevalónovou (rozvetvený reťazec, nasýtená hydroxymastná kyselina) - takzvanou mevalonátovou cestou (tvorba izoprenoidov z acetyl-koenzýmu A (acetyl-CoA)). Samo syntéza koenzýmu Q10 tiež vyžaduje rôzne skupiny B vitamíny, ako je niacín (vitamín B3), kyselina pantoténová (vitamín B5), pyridoxín (vitamín B6), kyselina listová (vitamín B9) a kobalamín (vitamín B12). Napríklad, kyselina pantoténová podieľa sa na poskytovaní acetyl-CoA, pyridoxín v biosyntéze benzochinónu z tyrozínu a kyselina listováa kobalamín v remetylácii (prenos skupiny CH3) z homocysteín na metionín (→ syntéza SAM). Nedostatočný prísun prekurzorov ubichinónu, tyrozínu, SAM a kyseliny mevalonovej a vitamíny B3, B5, B6, B9 a B12 môžu významne znížiť endogénnu syntézu Q10 a zvýšiť riziko nedostatku koenzýmu Q10. Podobne nedostatočný (neadekvátny) príjem vitamín E môže znížiť autosyntézu Q10 a viesť k významnému zníženiu hladín ubichinónu v orgánoch. Pacienti dlhodobo spolu parenterálna výživa (umelá výživa obchádzajúca gastrointestinálny trakt) často vykazujú nedostatok koenzýmu Q10 v dôsledku nedostatočnej endogénnej (endogénnej) syntézy. Dôvodom nedostatočnej autosyntézy Q10 je absencia metabolizmus prvého priechodu (premena látky počas jej prvého prechodu cez pečeň) od fenylalanínu k tyrozínu a prednostné použitie tyrozínu na biosyntézu proteínov (endogénna produkcia proteínu). Okrem toho účinok prvého prechodu z metionín chýba SAM, takže metionín sa primárne transaminuje na síran (vytesnenie alebo uvoľnenie amino (NH2) skupiny) mimo pečene. V priebehu chorôb ako napr fenylketonúria (PKU) možno tiež znížiť rýchlosť syntézy Q10. Toto ochorenie je najčastejšou vrodenou chybou metabolizmu s incidenciou (počet nových prípadov) asi 1: 8,000 XNUMX. Postihnutí pacienti vykazujú nedostatok alebo zníženú aktivitu enzýmu fenylalanínhydroxylázy (PAH), ktorý je zodpovedný za rozklad fenylalanínu na tyrozín. Výsledkom je akumulácia (hromadenie) fenylalanínu v tele, čo vedie k zhoršeniu jeho funkcie mozog vývoj. Kvôli nedostatku metabolickej cesty k tyrozínu dochádza k relatívnemu deficitu tejto aminokyseliny, ktorý okrem biosyntézy neurotransmiter dopamín, hormón štítnej žľazy tyroxín a pigmentový pigment melanín, znižuje syntézu koenzýmu Q10. Terapia s statíny (drogy zvyknutý znižovať hladiny cholesterolu), ktorý sa používa na hypercholesterolémia (zvýšené hladiny sérového cholesterolu), je spojená so zvýšenými požiadavkami na koenzým Q10. statíny, Ako sú simvastatín, pravastatín, lovastatín a atorvastatín, patria do triedy farmakologických látok inhibítorov 3-hydroxy-3-metylglutaryl-koenzýmu A reduktázy (HMG-CoA reduktázy), ktoré inhibujú (inhibujú) premenu HMG-CoA na kyselinu mevalonovú - krok určujúci rýchlosť v cholesterolu syntéza - blokovaním enzýmu. statíny sú preto známe aj ako cholesterolu inhibítory syntézneho enzýmu (CSE). Pomocou blokády HMG-CoA reduktázy, ktorá vedie k zníženému prísunu kyseliny mevalonovej, bránia statíny okrem endogénnej syntézy ubichinónu aj cholesterolu biosyntéza. Znížené koncentrácie Q10 v sére sa často pozorujú u pacientov liečených inhibítormi CSE. Nie je však jasné, či zníženie Q10 v sére vyplýva zo zníženej autosyntézy alebo zo zníženia hladín lipidov v sére vyvolaného statínom alebo z oboch, pretože sérum koncentrácie ubichinónu-10, ktorý sa transportuje v krv lipoproteínmi, koreluje s tým, že cirkuluje lipidy v krvi. Porušená autosyntéza Q10 pomocou statínov v kombinácii s nízkym príjmom (stravou) Q10 zvyšuje riziko nedostatku koenzýmu Q10. Z tohto dôvodu by pacienti, ktorí musia pravidelne užívať inhibítory HMG-CoA reduktázy, mali zabezpečiť dostatočný prísun koenzýmu Q10 v strave alebo mali dostať ďalšiu suplementáciu Q10. Použitie koenzýmu Q10 môže významne znížiť vedľajšie účinky inhibítorov CSE, pretože sú čiastočne dôsledkom deficitu ubichinónu-10. S pribúdajúcim vekom klesajúca Q10 koncentrácie možno pozorovať v rôznych orgánoch a tkanivách. Ako príčina sa okrem iného uvádza znížená autosyntéza, ktorá pravdepodobne vyplýva z nedostatočného prísunu prekurzorov ubichinónu a / alebo rôznych vitamíny skupiny B. Teda hyperhomocysteinémia (zvýšená homocysteín úrovni) sa často vyskytuje u seniorov v dôsledku nedostatku vitamín B12, kyselina listová, respektíve vitamín B6, ktorý je spojený so zníženým prísunom SAM.

Vstrebávanie

Podobne ako vitamíny A, D, E a K rozpustné v tukoch, koenzýmy Q sa tiež vstrebávajú (vstrebávajú) do horného tenkého čreva počas trávenia tuku kvôli ich lipofilnému izoprenoidovému postrannému reťazcu, tj. prítomnosť tukov v potrave ako prostriedku na transport lipofilných molekúl, žlčových kyselín na solubilizáciu (zvýšenie rozpustnosti) a tvorbu micel (vo forme transportných guľôčok, ktoré umožňujú prenos látok rozpustných v tukoch vo vodnom roztoku), a pankreatické esterázy (tráviace enzýmy z pankreas) na štiepenie naviazaných ubichinónov je nevyhnutná pre optimálnu absorpciu v čreve (absorpcia v čreve). V potravinách viazané ubichinóny najskôr prechádzajú hydrolýzou (štiepením reakciou s vodou) v lúmene čreva pomocou esteráz (tráviacich enzýmov) z pankreasu. Koenzýmy Q uvoľnené v tomto procese sa dostávajú na okrajovú hranicu kefky enterocytov (bunky epitelu tenkého čreva) ako súčasť zmiešaných micel (agregáty žlčových solí a amfifilných lipidov) a sú internalizované (absorbované do buniek). Intracelulárne (v bunkách) dochádza k inkorporácii (absorpcii) ubichinónov do chylomikrónov (lipoproteíny bohaté na lipidy), ktoré transportujú lipofilné vitaminoidy lymfou do periférneho krvného obehu. Vďaka vysokej molekulovej hmotnosti a rozpustnosti v tukoch je biologická dostupnosť dodávaných ubichinónov nízka a pravdepodobne sa pohybuje v rozmedzí 5 až 10%. Rýchlosť absorpcie klesá so zvyšujúcou sa dávkou. Súčasný príjem tukov a sekundárnych rastlinných zlúčenín, ako sú flavonoidy, zvyšuje biologickú dostupnosť koenzýmu Q10.

Transport a distribúcia v tele

Počas prepravy do pečene zadarmo mastné kyseliny (FFS) a monoglyceridy z chylomikrónov sa pôsobením lipoproteínu uvoľňujú do periférnych tkanív, ako sú tukové tkanivá a svaly. lipáza (LPL), ktorý sa nachádza na bunkových povrchoch a štiepi triglyceridy. Tento proces degraduje chylomikróny na zvyšky chylomikrónu (zvyšky chylomikrónu s nízkym obsahom tuku), ktoré sa viažu na špecifické receptory v pečeni. K vychytávaniu koenzýmov Q do pečene dochádza prostredníctvom receptorom sprostredkovanej endocytózy (absorpcia do buniek invagináciu biomembrány za vzniku vezikúl). V pečeni sa potravou dodávané koenzýmy s nízkym reťazcom (koenzýmy Q1-Q9) prevádzajú na koenzým Q10. Ubichinón-10 sa následne skladuje vo VLDL (veľmi nízke hustota lipoproteíny). VLDL je vylučovaný (vylučovaný) pečeňou a zavádzaný do krvi, aby sa distribuoval koenzým Q10 do extrahepatálnych tkanív (mimo pečene). Koenzým Q10 je lokalizovaný v membránach a lipofilných subcelulárnych štruktúrach, najmä vo vnútornej mitochondriálnej membráne, všetkých buniek tela - predovšetkým tých s vysokou premenou energie. Najvyššie koncentrácie Q10 sa nachádzajú v srdce, pečeň a pľúca, po ktorých nasledujú obličky, pankreas (pankreas) a slezina. V závislosti na príslušných redoxných pomeroch (redukčných / oxidačných pomeroch) je vitamininoid prítomný v oxidovanej (ubichinón-10, skrátene CoQ10) alebo v redukovanej forme (ubichinol-10, ubihydrochinón-10, skrátene CoQ10H2), a ovplyvňuje tak štruktúru. a enzymatické vybavenie bunkových membrán. Napríklad aktivita transmembránových fosfolipáz (enzýmy že sa štiepia fosfolipidy a ďalšie lipofilné látky) je kontrolovaný redoxným stavom. Príjem koenzýmu Q10 cieľovými bunkami je pevne spojený s katabolizmom lipoproteínov (degradácia lipoproteínov). Pretože sa VLDL viaže na periférne bunky, časť Q10 je voľná mastné kyselinya monoglyceridy sú internalizované (vstrebávané do buniek) pasívnou difúziou pôsobením lipoproteínov lipáza. To vedie k katabolizmu VLDL na IDL (medziprodukt hustota lipoproteíny) a následne na LDL (nízka hustota lipoproteíny; lipoproteíny s nízkou hustotou bohaté na cholesterol). Ubichinón-10 viazaný na LDL je absorbovaný do pečene a extrahepatálnych tkanív prostredníctvom receptorom sprostredkovanej endocytózy na jednej strane a prenesený do HDL (lipoproteíny s vysokou hustotou) na druhej strane. HDL sa významne podieľa na transporte lipofilných látok z periférnych buniek späť do pečene. Celková zásoba ubichinónu-10 v ľudskom tele závisí od ponuky a predpokladá sa, že je 0.5 - 1.5 g. Pri rôznych chorobách alebo procesoch, ako je myokard a nádorové ochorenia, cukrovka mellitus, neurodegeneratívne choroby, ožarovanie, chronické stres a pribúdajúci vek resp rizikové faktory, Ako sú fajčenie a UV žiareniekoenzým Q10 koncentrácie in krv plazma, orgány a tkanivá, ako napr koža, môže byť znížená. Ako príčina sa diskutuje o voľných radikáloch alebo o patofyziologických podmienkach. Zostáva nejasné, či samotný znížený obsah Q10 má patogénne účinky alebo ide iba o vedľajší účinok. Zníženie ubichinónu-10 s pribúdajúcim vekom na celom tele je okrem pečene a kostrového svalstva viditeľné aj na srdcovom svale. Zatiaľ čo 40-roční ľudia majú o 30% menej Q10 v srdcovom svale ako zdraví 20-roční, koncentrácia Q10 u 80-ročných je o 50-60% nižšia ako u zdravých 20-ročných. Funkčné poruchy sa dajú očakávať pri deficite Q10 na úrovni 25% a život ohrozujúce poruchy pri poklese koncentrácie Q10 nad 75%. Za príčinu zníženia obsahu ubichinónu-10 v starobe možno považovať niekoľko faktorov. Okrem zníženej endogénnej syntézy a neadekvátneho príjmu v strave klesá aj mitochondriálna hmota a zvýšená spotreba v dôsledku oxidácie stres Zdá sa, že hrajú úlohu.