Мы в соцсетях:
Список сокращений
АТФ — аденозинтрифосфат
CoQ10 — коэнзим Q10, убихинон
РФК – реактивные формы кислорода
Введение
Коэнзим Q10 (убихинон, CoQ10) — жирорастворимый, мощный антиоксидант и важный кофактор окислительного фосфорилирования митохондрий¹. Его синтез происходит эндогенно, но уровни CoQ10 в организме могут снижаться с возрастом, а также при различных патологических состояниях.
Митохондриальные ферменты пути ферментативного окисления необходимы для формирования высокоэнергетических фосфатов, например аденозинтрифосфата (АТФ), от действия которого зависят все клеточные функции.
Процесс переноса электронов и протонов хиноновым кольцом имеет фундаментальное значения для всех форм жизни: убихинон в митохондриях животных, пластохинон в хлоропластах растений, менахинон в бактериях. Коэнзим Q является видоспецифичным, с различиями, обусловленными количеством изопренильных звеньев в боковой цепи изопреноида.
Изопреноидная боковая цепь отвечает за жирорастворимую природу CoQ10, тогда как его антиоксидантная способность обусловлена его хиноновой головкой, которая может обеспечивать перенос электронов. Благодаря этому свойству связывания электронов CoQ10 действует как антиоксидант на клеточных мембранах, противодействуя окислению липидов или липопротеинов. CoQ10 играет важную роль в других физиологических процессах, включая окисление сульфидов, регулируя проницаемость переходной поры митохондрий, а также в перемещении протонов и Ca2+ через биологические мембраны.
В статье освещаются биохимические аспекты CoQ10, его участие в метаболизме и применение в клинической практике.
Эндогенный синтез
CoQ10 синтезируется в печени из тирозина с использованием мевалонатного пути. Включает 17 этапов требует наличия витаминов группы B, металлов и других коферментов. ² Далее мы рассмотрим биохимию.
Биосинтез убихинона (коэнзима Q10) происходит через сложный процесс, который начинается с аминокислоты тирозина³. Происходит модификация углеродного скелета тирозина и синтез изопреноидного бокового остатка, в который вовлечены витамины в качестве кофакторов. Рассмотрим схему.
Схема биосинтеза убихинона (коэнзима Q10) из тирозина включает два основных пути:
· Ароматический путь – обеспечивает синтез бензохинонового кольца.
· Изопреноидный путь – формирует изопреноидный «хвост».
Давайте разберем, где включены кофакторы по этапам, чтобы в дальнейшем понять клиническое значение различных дефицитов:
1. Ароматический путь (слева):
Исходит из тирозина (или фенилаланина), который превращается в производные с бензольным кольцом.
1.1. Тирозин → 4ОН-Фенилпируват → 4ОН-Фениллактат → 4ОН-Коричная кислота (Циннамат)
Ферменты: тирозинаминтрансфераза, декарбоксилаза; пиридоксин (B6) участвует как кофактор в реакциях трансаминирования и декарбоксилирования. Аскорбиновая кислота (C) участвует в гидроксилировании тирозина и при преобразовании 4ОН-фенилпирувата в 4ОН-фениллактат.
1.2. 4ОН-Коричная кислота → 4ОН-Бензоат
Железо (Fe) входит в состав монооксигеназ, участвующих при гидроксилировании ароматических колец в т.ч. при синтезе 4OH-бензоата.
2. Изопреноидный путь (справа):
Образует длинноцепочечный изопреноидный хвост.
2.1. Ацетил-КоА → Ацетоацетил-КоА → ГМГ-КоА → Мевалонат → Мевалонат-фосфат → Мевалонат-пирофосфат → Изопентенил-пирофосфат (IPP)
Ключевой фермент HMG-КоА редуктаза, а также HMG-КоА синтаза, мевалонат-киназа.
Никотинамид (B3) как часть NADPH участвует в восстановлении HMG-КоА редуктазы. Пантотеновая кислота (B5) входит в состав КоА (коэнзим А), который используется в мевалонатном пути для синтеза изопреноидного хвоста. Ацетил-КоА и ацетоацетил-КоА — ключевые предшественники этого пути. Магний (Mg) стабилизирует фосфатные группы субстрата для работы мевалонат-киназы.
2.2. Изопентенил-пирофосфат → Геранил-пирофосфат → Декапренил-пирофосфат
Ферменты: изопентенилфосфат-киназа, транс-Пренилтрансфераза. Кофактор - Магний (Mg) стабилизирует фосфатные группы субстратов для изопентенилфосфат-киназы.
3. На стыке ароматического и изопреноидного путей:
4ОН-Бензоат → Декапренил-4ОН-Бензоат → Убихинон
Ведущий фермент декапреноил-4OH-бензоат трансфераза, который присоединяет изопреноидный «хвост»; декарбоксилазы. Рибофлавин (B2) участвует как кофактор в окислительно-восстановительной реакции.
Также в процессе участвуют:
Коферменты:
· Тетрагидробиоптерин (BH4) является кофактором тирозин-гидроксилазы.
· SAM (S-аденозилметионин) участвует в процессах метилирования, необходимых для модификаций из тирозина.
· Коэнзим А (CoA) участвует в образовании изопреноидов, начиная с ацетил-КоА.
Флавины:
Используются в качестве кофакторов для ферментов окислительных реакций, таких как декарбоксилирование 4OH-бензоата.
· ФАД (флавинадениндинуклеотид)
· ФМН (флавинмононуклеотид)
Нуклеотиды:
· АТФ используется в нескольких этапах мевалонатного пути для фосфорилирования метаболитов, например, мевалоната и изопентенилфосфата.
· NAD+/NADP+ (нуклеотидные кофакторы) важны для ферментов, катализирующих реакции дегидрогенирования и окисления на различных этапах пути (например, в мевалонатном цикле).
Резюмируя биосинтез:
На финальном этапе бензоатное кольцо соединяется с изопреноидным хвостом, что обеспечивает липофильные свойства убихинона.
Основные витамины, включенные в процесс:
· Пиридоксин (B6)
· Аскорбиновая кислота (C)
· Рибофлавин (B2)
· Никотинамид (B3)
· Пантотеновая кислота (B5)
В дополнение к витаминам, процесс требует участия:
· Металлов (железо, магний),
· Коферментов (BH4, SAM, CoA),
· Энергетических молекул (АТФ, ГТФ),
· Флавинов (ФАД, ФМН),
· Нуклеотидных кофакторов (NAD+/NADP+).
Теперь становится понятно почему энергообмен, в котором убихинон ведущий участник, невозможен без всех этих этапов и элементов.
Далее поговорим о функциях убихинона.
Биохимическая роль CoQ10
1. Энергетический метаболизм
Коэнзим Q10 участвует в цепи переноса электронов (ЭТЦ или дыхательная цепь) в митохондриях.
Переносчики электронов расположены в порядке увеличения сродства к электрону, то есть по своему окислительно-восстановительному потенциалу, где у акцептора самое сильное сродство к электрону. Поэтому транспорт электрона на всём протяжении цепи протекает самопроизвольно с выделением энергии. Выделяющаяся энергия расходуется на перенос протонов (H+) через мембрану, в результате чего на мембране наводится электрохимический градиент (протонный потенциал). Протонный потенциал преобразуется АТФ-синтазой в энергию химических связей АТФ.
СоQ10 принимает электроны от комплексов I и II и передает их на комплекс III, способствуя синтезу АТФ⁴. Без CoQ10 нормальная работа митохондрий и клеточного дыхания невозможна.
2. Антиоксидантная активность
CoQ10 способен нейтрализовать свободные радикалы, предотвращая окислительное повреждение липидов, белков и ДНК⁵. Восстановленная форма CoQ10, убихинол, особенно эффективна в предотвращении окисления липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), что снижает риск атеросклероза.
3. Роль в клеточной сигнализации
CoQ10 участвует в регуляции апоптоза и модулирует активность определенных генов, связанных с воспалением и метаболизмом⁶.
Терапевтические аспекты CoQ10 в лечении митохондриальных заболеваний
Исследования, изучающие участие коэнзима в метаболизме, клинические проявления его нехватки, терапевтические эффекты добавок, датируются не более, чем десятками лет до сегодняшнего дня. Однозначно пока что нельзя гарантировать, что коэнзим Q10 вылечит какое-либо конкретное заболевание из-за нехватки данных. Но его положительные эффекты уже отметили во многих областях медицины и этот инструмент с каждым годом только развивается.
1. Синдром хронической усталости (CFS):
В ряде исследований было показано, что добавки с CoQ10 могут помогать в борьбе с симптомами CFS, которые включают усталость, мышечные боли и когнитивные нарушения. Часто указанные симптомы возникают после вирусной нагрузки или другой провокации иммунитета (в последнее время часто встречаются осложнения после Covid-19). Некоторые исследования указывают на улучшение состояния пациентов, но доказательства эффективности CoQ10 для этого заболевания еще не окончательны. Например, в одном из обзоров подчеркивается, что CoQ10 может помочь уменьшить хроническую усталость и боль, улучшая митохондриальную функцию⁷.
2. Нейродегенеративные заболевания
CoQ10 исследуется как потенциальное средство в лечении болезни Паркинсона и Альцгеймера благодаря его способности улучшать митохондриальную функцию и снижать окислительный стресс. Некоторые исследования показывают, что CoQ10 в высоких дозах может улучшить моторные функции, но клинические результаты пока остаются неоднозначными⁸.
Для расстройств дефицита внимания и гиперактивности также исследуется влияние CoQ10. Его антиоксидантные свойства могут оказывать поддержку на уровень энергии клеток и снижать воспаление, что полезно для нормализации поведения и улучшения внимания у детей с СДВГ⁹.
3. Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ)
Исследования показали, что добавление CoQ10 снижает уровень маркеров окислительного стресса, что в свою очередь улучшает оксигенацию миокарда кислородом, снижая симптомы сердечной недостаточности и улучшая фракцию выброса левого желудочка⁵. У пациентов с гипертензией CoQ10 способствует снижению артериального давления¹⁰.
4. Диабет
У пациентов с диабетом CoQ10 улучшает контроль уровня глюкозы и снижает окислительный стресс, предотвращая развитие осложнений, таких как диабетическая нефропатия¹¹.
5. Возрастные изменения
Снижение уровня CoQ10 связано с процессами старения. Прием добавок CoQ10 помогает улучшить энергетический метаболизм в мышцах, уменьшить усталость и повысить качество жизни у пожилых людей¹².
Также мы говорили о том, в метаболизме коэнзима Q10 участвуют различные катализаторы, особенно магний и витамин В6, дефицит которых может вызвать дефицит убихинона.
Нехватка витамина B6 и магния сами по себе вызывают опредленные симптомы, так как участвуют в метаболизме и функционировании нервной системы, мышц и других органов.
Симптомы дефицита витамина B6 (пиридоксин):
· Неврологические проблемы:
Недостаток витамина B6 может вызывать депрессию, раздражительность, спутанность сознания и даже судороги. Это связано с его ролью в синтезе нейротрансмиттеров.
· Проблемы с кожей:
Витамин B6 необходим для здоровья кожи, и его дефицит может привести к дерматиту, трещинам на губах, язвам на языке.
· Мышечная слабость:
Из-за роли витамина B6 в метаболизме аминокислот и производстве энергии его дефицит может вызывать усталость и мышечную слабость.
· Анемия:
Дефицит витамина B6 может способствовать анемии, так как он участвует в производстве гемоглобина.
Симптомы дефицита магния:
· Мышечные судороги и слабость:
Магний помогает в расслаблении мышц, и его дефицит может привести к спазмам, судорогам и общей мышечной слабости.
· Нарушения нервной системы:
Недостаток магния может вызывать тревогу, депрессию, бессонницу и даже судороги.
· Сердечно-сосудистые проблемы:
Магний важен для поддержания нормального ритма сердца, и его нехватка может привести к аритмиям.
· Дополнительно: утомляемость, головные боли, повышение артериального давления и даже остеопороз при длительном дефиците магния.
Обе нехватки могут приводить к схожим симптомам, таким как усталость, мышечная слабость и проблемы с нервной системой, что делает их интересной мишенью для выявления и коррекции причин нежелательного состояния вместе с убихиноном.
Источники повышения уровня коэнзима Q10
Коэнзим Q10 содержится в жирной рыбе (лосось, скумбрия), красном мясе, печени и растительных маслах. Однако содержание CoQ10 в пище недостаточно для восполнения дефицита при заболеваниях13.
Добавки и их биодоступность
Выработка коэнзима 10 снижается с возрастом, как и антиоксидантная способность клетки. Повышенный окислительный стресс в стареющих клетках можно уменьшить с помощью пищевых добавок CoQ10. Добавки CoQ10 выпускаются в двух формах: убихинон (окисленная форма) и убихинол (восстановленная форма). Убихинол обладает более высокой биодоступностью и рекомендуется пациентам с тяжелыми заболеваниями¹². Пероральные добавки часто назначают одновременно с лечением различных заболеваний. Одним из примеров является его совместное применение с ингибиторами ГМГ-КоА (3-гидрокси-3-метилглутарил-коэнзим А) редуктазы (HMGR), широко используемыми препаратами, снижающими уровень холестерина, иначе известными как статины. HMGR катализирует образование мевалоновой кислоты, предшественника холестерина и биосинтеза CoQ10. У пациентов, принимающих статины, наблюдается более низкий уровень CoQ10 в крови, и это оправдывает необходимость приема добавок CoQ10 для снижения риска кардиомиопатии, связанного с приемом статинов.
Присутствие CoQ10 связано с устойчивостью к химиотерапевтическим препаратам, т.к. CoQ10 обладает иммуномодулирующими свойствами, заставляя клетки более активно пролиферироваться, и это требует осторожности при назначении CoQ10 вместе с определенными препаратами.
Коэнзим уже завоевал большую популярность в качестве антиоксиданта в косметике: в увлажняющих кремах, средствах против морщин и старения кожи.
После проведения исследованиями переносимости высоких доз CoQ10, возросло внимание к терапевтическому применению CoQ10 при неизлечимых заболеваниях14, бросающих вызов современному обществу, включая болезни Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона, а также сердечно-сосудистые заболевания15.
Побочные эффекты и противопоказания
CoQ10 обычно хорошо переносится, но у некоторых пациентов могут наблюдаться побочные эффекты, такие как тошнота, головная боль или диарея.
Добавки CoQ10 могут взаимодействовать с антикоагулянтами (например, с варфарином), статинами (могут снижать уровень CoQ10 в организме, так как статины блокируют путь его синтеза в клетках), антигипертензивными препаратами (чтобы избежать гипотензии) поэтому требуется консультация врача.
Заключение
Коэнзим Q10 — это ключевой компонент клеточной энергетики и мощный антиоксидант, который сегодня активно используется в терапии различных заболеваний. Благодаря своим универсальным свойствам он играет важную роль в поддержании здоровья сердечно-сосудистой, нервной и эндокринной систем. Однако дальнейшие исследования необходимы для определения оптимальных доз и схем применения CoQ10 в клинической практике. Перед применением необходимо проконсультироваться с врачом.
Список используемой литературы
¹ Crane, F. L. (2001). Biochemical functions of coenzyme Q10. Journal of the American College of Nutrition. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11771674/
² Bentinger, M., Tekle, M., & Dallner, G. (2010). Coenzyme Q–biosynthesis and functions. Biochemical and Biophysical Research Communications, https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2010.02.147
³ Staiano, C.; García-Corzo, L.; Mantle, D.; Turton, N.; Millichap, L.E.; Brea-Calvo, G.; Hargreaves, I. Biosynthesis, Deficiency, and Supplementation of Coenzyme Q. Antioxidants 2023, 12, 1469. https://doi.org/10.3390/antiox12071469
⁵ Littarru, G. P., & Tiano, L. (2007). Bioenergetic and antioxidant properties of coenzyme Q10: recent developments. Molecular Biotechnology. https://doi.org/10.1007/s12033-007-0052-y
⁶ Turunen, M., Olsson, J., & Dallner, G. (2004). Metabolism and function of coenzyme Q10. Molecular Aspects of Medicine, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005273603003717?via%3Dihub
⁷ Mantle, D.; Hargreaves, I.P.; Domingo, J.C.; Castro-Marrero, J. Mitochondrial Dysfunction and Coenzyme Q10 Supplementation in Post-Viral Fatigue Syndrome: An Overview. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 574. https://doi.org/10.3390/ijms25010574
⁹ Efficacy and Safety of Q10 Ubiquinol With Vitamins B and E in Neurodevelopmental Disorders: A Retrospective Chart Front. Psychiatry, 03 March 2022Sec. Child and Adolescent Psychiatry Volume 13 - 2022 | https://doi.org/10.3389/fpsyt.2022.829516
14 Anan R, Nakagawa M, Miyata M, Higuchi I, Nakao S, Suehara M, Osame M, Tanaka H. Cardiac involvement in mitochondrial diseases. A study on 17 patients with documented mitochondrial DNA defects. Circulation. 1995 Feb 15;91(4):955-61. doi: 10.1161/01.cir.91.4.955. PMID: 7850981. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7850981/
15 Adarsh Kumar, Harharpreet Kaur, Pushpa Devi, Varun Mohan, Role of coenzyme Q10 (CoQ10) in cardiac disease, hypertension and Meniere-like syndrome, Pharmacology & Therapeutics, Volume 124, Issue 3, 2009. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2009.07.003.
