أنزيم Q10: التعريف والتوليف والامتصاص والنقل والتوزيع

أنزيم Q10 (CoQ10 ، مرادف: ubiquinone) هو فيتامين (مادة شبيهة بالفيتامينات) تم اكتشافه في عام 1957 في جامعة ويسكونسن. تم توضيح التركيب الكيميائي لها بعد عام واحد من قبل مجموعة العمل بقيادة كيميائي المنتجات الطبيعية البروفيسور K. Folkers. الإنزيمات المساعدة Q هي مركبات من أكسجين (O2) ، الهدرجة (كف كربون (ج) الذرات التي تشكل ما يسمى هيكل كينون على شكل حلقة. سلسلة جانبية آيزوبرينويد محبة للدهون (قابلة للذوبان في الدهون) متصلة بحلقة البنزوكوينون. الاسم الكيميائي للأنزيم المساعد Q هو 2,3،5-dimethoxy-6-methyl-1-polyisoprene-parabenzoquinone. اعتمادًا على عدد وحدات الأيزوبرين ، يمكن تمييز الإنزيمات المساعدة Q10-Q9 ، وكلها تحدث بشكل طبيعي. على سبيل المثال ، مطلوب الإنزيم المساعد QXNUMX من قبل النباتات لعملية التمثيل الضوئي. للبشر فقط أنزيم Q10 ضروري. بما أن الإنزيمات المساعدة Q موجودة في جميع الخلايا - الإنسان والحيوان والنبات ، بكتيريا - يطلق عليهم أيضًا ubiquinones (اللاتينية "ubique" = "في كل مكان"). الأطعمة الحيوانية ، مثل لحوم العضلات ، كبد، سمك و بيض، تحتوي بشكل رئيسي أنزيم Q10، في حين أن الأطعمة ذات الأصل النباتي تحتوي في الغالب على ubiquinones مع عدد أقل من وحدات الأيزوبرين - على سبيل المثال ، توجد كمية عالية من الإنزيم المساعد Q9 في منتجات الحبوب الكاملة. Ubiquinones لها أوجه تشابه بنيوية مع vitamin E و فيتامين K.

تركيب

الكائن البشري قادر على تصنيع أنزيم Q10 في جميع الأنسجة والأعضاء تقريبًا. المواقع الرئيسية للتوليف هي أغشية الميتوكوندريا ("محطات الطاقة" للخلايا حقيقية النواة) في كبد. إن مقدمة جزء البنزوكينون هو الحمض الأميني التيروزين ، والذي يتم تصنيعه داخليًا (في الجسم) من الحمض الأميني الأساسي (الحيوي) فينيل ألانين. تُشتق مجموعات الميثيل (CH3) المرتبطة بحلقة الكينون من المتبرع العالمي لمجموعة الميثيل (مجموعات CH3 المتبرعة) S-adenosylmethionine (SAM). يتبع تخليق السلسلة الجانبية الأيزوبرينويد المسار الحيوي العام لمواد الأيزوبرينويد عبر حمض الميفالونيك (سلسلة متفرعة ، حمض الهيدروكسي الدهني المشبع) - ما يسمى بمسار ميفالونات (تكوين الأيزوبرينويدات من أسيتيل أنزيم أ (أسيتيل كوا)). يتطلب التوليف الذاتي لأنزيم Q10 أيضًا مجموعة B مختلفة الفيتامينات، مثل النياسين (فيتامين ب 3) ، حمض البانتوثنيك (فيتامين ب 5) ، البيريدوكسين (فيتامين ب 6) ، حمض الفوليك (فيتامين ب 9) ، وكوبالامين (فيتامين B12). فمثلا، حمض البانتوثنيك يشارك في توفير أسيتيل CoA ، البيريدوكسين في التخليق الحيوي للبنزكوينون من التيروزين و حمض الفوليك، والكوبالامين في إعادة الميثيل (نقل مجموعة CH3) من الحمض الاميني إلى الميثيونين (→ توليف SAM). نقص في المعروض من سلائف اليوبيكوينون التيروزين وسام وحمض الميفالونيك و الفيتامينات يمكن أن تقلل B3 و B5 و B6 و B9 و B12 بشكل كبير من تخليق Q10 الداخلي وتزيد من خطر نقص الإنزيم المساعد Q10. وبالمثل ، نقص (غير كاف) تناول vitamin E يمكن أن تقلل من التوليف الذاتي لـ Q10 و قيادة إلى انخفاض كبير في مستويات يوبيكوينون في الأعضاء. المرضى على المدى الطويل التغذية الوريدية (التغذية الاصطناعية التي تتجاوز الجهاز الهضمي) غالبًا ما تظهر نقص الإنزيم المساعد Q10 بسبب عدم كفاية التوليف الداخلي (الداخلي). سبب نقص التوليف الذاتي Q10 هو عدم وجود التمثيل الغذائي الأول يمر (تحويل مادة خلال مرورها الأول عبر كبد) من فينيل ألانين إلى التيروزين والاستخدام التفضيلي للتيروزين للتخليق الحيوي للبروتين (الإنتاج الداخلي للبروتين). بالإضافة إلى ذلك ، فإن تأثير المرور الأول لـ الميثيونين إلى SAM غائب ، لذلك يتم نقل الميثيونين بشكل أساسي إلى كبريتات (إزاحة أو إطلاق مجموعة أمينية (NH2)) خارج الكبد. في سياق أمراض مثل بيلة الفينيل كيتون (PKU) ، يمكن أيضًا تقليل معدل تخليق Q10. هذا المرض هو الخطأ الخلقي الأكثر شيوعًا في عملية التمثيل الغذائي مع حدوث (عدد الحالات الجديدة) بحوالي 1: 8,000. يُظهر المرضى المصابون نقصًا أو انخفاضًا في نشاط إنزيم هيدروكسيلاز فينيل ألانين (PAH) ، وهو المسؤول عن تكسير فينيل ألانين إلى التيروزين. والنتيجة هي تراكم (تراكم) الفينيل ألانين في الجسم ، مما يؤدي إلى ضعف الدماغ التنمية: بسبب عدم وجود مسار استقلابي للتيروزين ، يحدث نقص نسبي في هذا الحمض الأميني ، بالإضافة إلى التخليق الحيوي لل ناقل عصبي الدوبامين، هرمون الغدة الدرقية هرمون الغدة الدرقية والصباغ الصبغي الميلانين، يقلل من تخليق الإنزيم المساعد Q10. علاج من خلال خاصية الترجمة لي العقاقير المخفضة للكوليسترول (المخدرات تستخدم لخفض مستويات الكولسترول) ، والذي يتم استخدامه ل فرط كوليسترول الدم (ارتفاع مستويات الكوليسترول في الدم) ، يرتبط بزيادة متطلبات الإنزيم المساعد Q10. الستاتين، مثل سيمفاستاتين, برافاستاتين, فاستاتين و أتورفاستاتين، تنتمي إلى فئة المواد الدوائية من 3-هيدروكسي-3-ميثيل جلوتاريل-أنزيم أ مختزل (HMG-CoA reductase) ، والتي تمنع (تمنع) تحويل HMG-CoA إلى حمض الميفالونيك - خطوة تحديد المعدل في كولسترول التوليف - عن طريق منع الانزيم. الستاتين لذلك تُعرف أيضًا باسم كولسترول مثبطات إنزيم التوليف (CSE). عن طريق الحصار المفروض على اختزال HMG-CoA ، مما يؤدي إلى انخفاض توفير حمض الميفالونيك ، تمنع الستاتينات تخليق اليوبيكوينون الداخلي بالإضافة إلى كولسترول التخليق الحيوي. غالبًا ما يتم ملاحظة انخفاض تركيزات مصل Q10 في المرضى الذين عولجوا بمثبطات CSE. ومع ذلك ، فمن غير الواضح ما إذا كان انخفاض المصل Q10 ناتجًا عن انخفاض التوليف الذاتي أو عن انخفاض مستحث بالستاتين في مستويات الدهون في الدم أو كليهما ، لأن المصل من التركيز من يوبيكوينون -10 ، الذي يتم نقله في دم بواسطة البروتينات الدهنية ، يرتبط مع الدورة الدموية الدهون في الدم. يزيد ضعف التوليف الذاتي لـ Q10 باستخدام الستاتينات جنبًا إلى جنب مع تناول Q10 الغذائي المنخفض (الغذائي) من خطر نقص الإنزيم المساعد Q10. لهذا السبب ، يجب على المرضى الذين يحتاجون إلى تناول مثبطات إنزيم إنزيم HMG-CoA بانتظام التأكد من تناول الإنزيم المساعد Q10 أو تلقي مكملات Q10 إضافية. يمكن أن يقلل استخدام الإنزيم المساعد Q10 بشكل كبير من الآثار الجانبية لمثبطات CSE ، حيث يرجع ذلك جزئيًا إلى عجز يوبيكوينون -10. مع تقدم العمر ، يتناقص Q10 من التركيز يمكن ملاحظتها في الأعضاء والأنسجة المختلفة. من بين أمور أخرى ، تتم مناقشة التوليف الذاتي المنخفض باعتباره السبب ، والذي يُفترض أنه ناتج عن نقص الإمداد بسلائف اليوبيكوينون و / أو مع العديد من الفيتامينات من المجموعة ب. هكذا، فرط الهوموسيستئين في الدم (مرتفع الحمض الاميني المستوى) في كثير من الأحيان في كبار السن نتيجة لنقص فيتامين B12, حمض الفوليك، وفيتامين B6 ، على التوالي ، والذي يرتبط بانخفاض توفير SAM.

امتصاص

على غرار الفيتامينات القابلة للذوبان في الدهون A و D و E و K ، يتم أيضًا امتصاص (تناول) الإنزيمات المساعدة Q في الأمعاء الدقيقة العليا أثناء هضم الدهون بسبب السلسلة الجانبية المحبة للدهون أيزوبرينويد ، أي. وجود الدهون الغذائية كوسيلة لنقل الجزيئات المحبة للدهون ، والأحماض الصفراوية للذوبان (زيادة القابلية للذوبان) وتشكيل المذيلات (تشكل حبيبات النقل التي تجعل المواد القابلة للذوبان في الدهون قابلة للنقل في محلول مائي) ، واسترات البنكرياس (الإنزيمات الهاضمة من البنكرياس) لتقسيم اليوبيكوينون المرتبط ضروري للامتصاص المعوي الأمثل (الامتصاص عن طريق الأمعاء). تخضع الأوبيكوينونات المرتبطة بالغذاء أولاً لعملية التحلل المائي (الانقسام بالتفاعل مع الماء) في تجويف الأمعاء عن طريق الإستراتز (الإنزيمات الهاضمة) من البنكرياس. تصل الإنزيمات المساعدة Q الصادرة في هذه العملية إلى غشاء حدود الفرشاة للخلايا المعوية (خلايا الظهارة المعوية الدقيقة) كجزء من المذيلات المختلطة (تجمعات الأملاح الصفراوية والدهون البرمائية) ويتم استيعابها (تؤخذ في الخلايا). داخل الخلايا (داخل الخلايا) ، يحدث دمج (امتصاص) يوبيكوينون في الكيلومكرونات (البروتينات الدهنية الغنية بالدهون) ، والتي تنقل الفيتامينات المحبة للدهون عبر اللمف إلى الدورة الدموية المحيطية. نظرًا للوزن الجزيئي المرتفع وقابلية الذوبان في الدهون ، فإن التوافر البيولوجي للأوبيكينون الموفر منخفض ويتراوح على الأرجح بين 5-10٪. ينخفض ​​معدل الامتصاص مع زيادة الجرعة. يزيد التناول المتزامن للدهون والمركبات النباتية الثانوية ، مثل الفلافونويد ، من التوافر البيولوجي للأنزيم المساعد Q10.

النقل والتوزيع في الجسم

أثناء النقل إلى الكبد مجانًا الأحماض الدهنية (FFS) و monoglycerides من chylomicrons يتم إطلاقها إلى الأنسجة المحيطية ، مثل الأنسجة الدهنية والعضلات ، تحت تأثير البروتين الدهني الليباز (LPL) ، والتي تقع على أسطح الخلايا والشقوق الثلاثية. تعمل هذه العملية على تحطيم مادة الكيلومكرونات إلى بقايا كيلومكرونات (بقايا كيلومكرونات قليلة الدسم) ، والتي ترتبط بمستقبلات محددة في الكبد. يحدث امتصاص الإنزيمات المساعدة Q في الكبد عن طريق الالتقام الخلوي بوساطة مستقبلات (امتصاص الخلايا عن طريق الانغماس من الغشاء الحيوي لتشكيل حويصلات). في الكبد ، يتم تحويل الإنزيمات المساعدة منخفضة السلسلة المزودة بالغذاء (الإنزيمات المساعدة Q1-Q9) إلى أنزيم Q10. يتم تخزين Ubiquinone-10 لاحقًا في VLDL (منخفض جدًا كثافة البروتينات الدهنية). يفرز الكبد (يفرز) VLDL ويتم إدخاله في مجرى الدم لتوزيع الإنزيم المساعد Q10 على الأنسجة خارج الكبد (خارج الكبد). يتم توطين الإنزيم المساعد Q10 في الأغشية والتركيبات تحت الخلوية المحبة للدهون ، وخاصة الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، لجميع خلايا الجسم - بشكل أساسي تلك التي لديها معدل دوران مرتفع للطاقة. تم العثور على أعلى تركيزات Q10 في قلبوالكبد والرئتين ثم الكلى والبنكرياس (البنكرياس) و طحال. اعتمادًا على نسب الأكسدة والاختزال ذات الصلة (نسب الاختزال / الأكسدة) ، يوجد الفيتامينويد في المؤكسد (يوبيكوينون -10 ، والمختصر بـ CoQ10) أو في شكل مختزل (يوبيكوينول -10 ، أوبيهيدروكينون -10 ، ويختصر كـ CoQ10H2) وبالتالي يؤثر على الهيكل والمعدات الأنزيمية لأغشية الخلايا. على سبيل المثال ، نشاط فسفوليباز عبر الغشاء (الانزيمات هذا الشق الفوسفورية وغيرها من المواد المحبة للدهون) عن طريق حالة الأكسدة والاختزال. يرتبط امتصاص الإنزيم المساعد Q10 من قبل الخلايا المستهدفة بإحكام بتقويض البروتين الدهني (تدهور البروتينات الدهنية). نظرًا لأن VLDL يرتبط بالخلايا الطرفية ، فإن بعض Q10 يكون مجانيًا الأحماض الدهنية، ويتم استيعاب أحادي الجليسريد (يتم امتصاصه في الخلايا) عن طريق الانتشار السلبي من خلال عمل البروتين الدهني الليباز. ينتج عن هذا هدم VLDL إلى IDL (متوسط كثافة البروتينات الدهنية) وبعد ذلك LDL (منخفض كثافة البروتينات الدهنية. البروتينات الدهنية منخفضة الكثافة الغنية بالكوليسترول). Ubiquinone-10 ملزم بـ LDL يتم تناوله في الكبد والأنسجة خارج الكبد عن طريق الالتقام الخلوي بوساطة مستقبلات من جهة وينتقل إلى HDL (البروتينات الدهنية عالية الكثافة) من جهة أخرى. HDL يشارك بشكل كبير في نقل المواد المحبة للدهون من الخلايا المحيطية إلى الكبد. إجمالي مخزون يوبيكوينون -10 في جسم الإنسان يعتمد على العرض ويعتقد أنه يتراوح بين 0.5 و 1.5 جرام. في أمراض أو عمليات مختلفة ، مثل عضلة القلب و أمراض الأورام, مرض السكري أمراض التنكس العصبي ، التعرض للإشعاع ، المزمنة إجهاد وكبر السن أو عوامل الخطر، مثل تدخين و الأشعة فوق البنفسجية، الإنزيم المساعد Q10 من التركيز in دم البلازما والأعضاء والأنسجة ، مثل بشرة، قد يتم تخفيضها. تتم مناقشة الجذور الحرة أو الظروف الفيزيولوجية المرضية كسبب. لا يزال من غير الواضح ما إذا كان محتوى Q10 المخفض بحد ذاته له آثار ممرضة أم أنه مجرد تأثير جانبي. يُلاحظ انخفاض يوبيكوينون -10 لكامل الجسم مع تقدم العمر بشكل ملحوظ في عضلة القلب ، بالإضافة إلى الكبد والعضلات الهيكلية. في حين أن الأشخاص البالغين من العمر 40 عامًا لديهم حوالي 30٪ أقل من Q10 في عضلة القلب مقارنة بالأصحاء البالغين من العمر 20 عامًا ، فإن تركيز Q10 لدى الأشخاص البالغين من العمر 80 عامًا أقل بنسبة 50-60٪ من تركيز Q20 الأصحاء في سن XNUMX عامًا. اضطرابات وظيفية من المتوقع حدوث عجز في Q10 بنسبة 25٪ ، واضطرابات تهدد الحياة عند انخفاض تركيز Q10 فوق 75٪. يمكن اعتبار عدة عوامل سببًا لانخفاض محتوى يوبيكوينون 10 في الشيخوخة. بالإضافة إلى انخفاض التوليف الداخلي وعدم كفاية المدخول الغذائي ، وانخفاض في الميتوكوندريا كتلة وزيادة الاستهلاك بسبب المواد المؤكسدة إجهاد يبدو أنه يلعب دورًا.