Co-enzym Q10: definitie, synthese, absorptie, transport en distributie

Co-enzym Q10 (CoQ10; synoniem: ubiquinon) is een vitaminoïde (vitamine-achtige stof) die in 1957 werd ontdekt aan de Universiteit van Wisconsin. De opheldering van de chemische structuur ervan werd een jaar later uitgevoerd door de werkgroep onder leiding van de natuurproductenchemicus Prof. K. Folkers. Co-enzymen Q zijn verbindingen van zuurstof (O2), waterstof (H) en koolstof (C) atomen die een zogenaamde ringvormige chinonstructuur vormen. Aan de benzoquinonring is een lipofiele (in vet oplosbare) isoprenoïde zijketen bevestigd. De chemische naam van co-enzym Q is 2,3-dimethoxy-5-methyl-6-polyisopreen-parabenzoquinon. Afhankelijk van het aantal isopreeneenheden kunnen co-enzymen Q1-Q10 worden onderscheiden, die allemaal van nature voorkomen. Co-enzym Q9 is bijvoorbeeld vereist door planten voor fotosynthese. Alleen voor mensen co-enzym Q10 is essentieel. Omdat co-enzymen Q aanwezig zijn in alle cellen - mens, dier, plant, bacteriën - ze worden ook wel ubiquinonen genoemd (Latijn "ubique" = "overal"). Dierlijk voedsel, zoals spiervlees, lever, vis en eieren, bevatten voornamelijk co-enzym Q10, terwijl voedingsmiddelen van plantaardige oorsprong voornamelijk ubiquinonen bevatten met een lager aantal isopreeneenheden - zo wordt bijvoorbeeld een grote hoeveelheid co-enzym Q9 aangetroffen in volkorenproducten. Ubiquinonen hebben structurele overeenkomsten met vitamine E en vitamine K.

Synthese

Het menselijk organisme is in staat om co-enzym Q10 in bijna alle weefsels en organen te synthetiseren. De belangrijkste syntheseplaatsen zijn de membranen van mitochondria ("Energiecentrales" van eukaryote cellen) in de lever​ De voorloper van de benzoquinone-groep is het aminozuur tyrosine, dat endogeen (in het lichaam) wordt gesynthetiseerd uit het essentiële (vitale) aminozuur fenylalanine. De methyl (CH3) -groepen die aan de chinonring zijn bevestigd, zijn afgeleid van de universele methylgroepdonor (donerende CH3-groepen) S-adenosylmethionine (SAM). De synthese van de isoprenoïde zijketen volgt de algemene biosynthetische route van isoprenoïde stoffen via mevalonzuur (vertakte, verzadigde hydroxyvetzuur) - de zogenaamde mevalonaatroute (vorming van isoprenoïden uit acetyl-co-enzym A (acetyl-CoA)). Co-enzym Q10-zelf-synthese vereist ook verschillende B-groepen vitaminen, zoals niacine (vitamine B3), pantotheenzuur (vitamine B5), pyridoxine (vitamine B6), foliumzuur (vitamine B9) en cobalamine (vitamine B12). Bijvoorbeeld, pantotheenzuur is betrokken bij de levering van acetyl-CoA, pyridoxine in de biosynthese van benzoquinon uit tyrosine en foliumzuur, en cobalamine in de remethylering (overdracht van een CH3-groep) van homocysteïne naar methionine (→ synthese van SAM). Een onvoldoende aanvoer van de voorlopers van ubiquinon tyrosine, SAM en mevalonzuur en vitaminen B3, B5, B6, B9 en B12 kunnen de endogene Q10-synthese aanzienlijk verminderen en het risico op co-enzym Q10-deficiëntie verhogen. Evenzo een tekort (onvoldoende) inname van vitamine E kan de zelf-synthese van Q10 verminderen en leiden tot een significante afname van de ubiquinonspiegels in organen. Patiënten op lange termijn totaal parenterale voeding (kunstmatige voeding die het maagdarmkanaal omzeilt) vertonen vaak co-enzym Q10-deficiëntie als gevolg van onvoldoende endogene (endogene) synthese. De reden voor de gebrekkige Q10-zelfsynthese is de afwezigheid van first-pass metabolisme (omzetting van een stof tijdens de eerste passage door de lever) van fenylalanine naar tyrosine en het preferentiële gebruik van tyrosine voor de biosynthese van eiwitten (endogene productie van eiwit). Bovendien is het first-pass-effect van methionine naar SAM is afwezig, zodat methionine primair wordt getransamineerd tot sulfaat (verplaatsing of afgifte van een aminogroep (NH2)) buiten de lever. In de loop van ziekten zoals fenylketonurie (PKU), kan de synthesesnelheid van Q10 ook worden verlaagd. Deze ziekte is de meest voorkomende aangeboren stofwisselingsstoornis met een incidentie (aantal nieuwe gevallen) van ongeveer 1: 8,000. Getroffen patiënten vertonen een gebrek aan of verminderde activiteit van het enzym fenylalaninehydroxylase (PAH), dat verantwoordelijk is voor de afbraak van fenylalanine tot tyrosine. Het resultaat is een ophoping (opbouw) van fenylalanine in het lichaam, wat leidt tot stoornissen hersenen Vanwege het ontbreken van een metabolische route naar tyrosine, treedt een relatief tekort aan dit aminozuur op, dat, naast de biosynthese van de neurotransmitter dopamine, het schildklierhormoon thyroxine en het pigmentaire pigment melanine, vermindert de synthese van co-enzym Q10. Therapie die al met Countr werken statines (drugs gebruikt om te verlagen cholesterol niveaus), die wordt gebruikt voor hypercholesterolemie (verhoogde serumcholesterolspiegels), wordt in verband gebracht met een verhoogde behoefte aan co-enzym Q10. Statines, zoals simvastatine, pravastatine, lovastatine en atorvastatine, behoren tot de farmacologische stofklasse van 3-hydroxy-3-methylglutaryl-co-enzym A-reductase (HMG-CoA-reductase) -remmers, die de omzetting van HMG-CoA in mevalonzuur remmen (remmen) - een snelheidsbepalende stap in cholesterol synthese - door het enzym te blokkeren. Statines staan ​​daarom ook wel bekend als cholesterol synthese-enzym (CSE) -remmers. Via blokkade van HMG-CoA-reductase, wat leidt tot een verminderde aanvoer van mevalonzuur, voorkomen statines endogene ubiquinonsynthese naast cholesterol biosynthese. Verlaagde serum Q10-concentraties worden vaak waargenomen bij patiënten die worden behandeld met CSE-remmers. Het is echter onduidelijk of het verlaagde serum Q10 het gevolg is van een verminderde zelfsynthese of van een door statine geïnduceerde verlaging van concentratie van ubiquinone-10, dat wordt vervoerd in de bloed door lipoproteïnen, correleert met die van circulerend lipiden in het bloed. De verminderde zelf-synthese van Q10 met behulp van statines in combinatie met een lage voedselinname (via de voeding) Q10 verhoogt het risico op co-enzym Q10-deficiëntie. Om deze reden moeten patiënten die regelmatig HMG-CoA-reductaseremmers moeten gebruiken, zorgen voor een adequate inname van co-enzym Q10 via de voeding of extra Q10-suppletie krijgen. Het gebruik van co-enzym Q10 kan de bijwerkingen van CSE-remmers aanzienlijk verminderen, aangezien deze deels te wijten zijn aan een tekort aan ubiquinon-10. Met toenemende leeftijd, een afnemende Q10 concentratie kan worden waargenomen in verschillende organen en weefsels. Als oorzaak wordt onder meer een verminderde zelf-synthese besproken, die vermoedelijk het gevolg is van onvoldoende aanvoer met de ubiquinonprecursoren en / of met diverse vitaminen van de B-groep. Dus, hyperhomocysteïnemie (verhoogd homocysteïne niveau) wordt vaak aangetroffen bij senioren als gevolg van een tekort aan vitamine B12, foliumzuur, en vitamine B6, die wordt geassocieerd met een verminderde voorziening van SAM.

Absorptie

Net als in vetoplosbare vitamines A, D, E en K, worden co-enzymen Q ook geabsorbeerd (opgenomen) in de bovenste dunne darm tijdens vetvertering vanwege hun lipofiele isoprenoïde zijketen, dwz. de aanwezigheid van voedingsvetten als transportmiddel voor lipofiele moleculen, van galzuren om op te lossen (verhoging van de oplosbaarheid) en micellen te vormen (vormen van transportkorrels die vetoplosbare stoffen transporteerbaar maken in waterige oplossing), en van pancreasesterasen (spijsverteringsenzymen van de alvleesklier) om gebonden ubiquinonen te splitsen is noodzakelijk voor een optimale darmopname (opname via de darm). Voedselgebonden ubiquinonen ondergaan eerst hydrolyse (splitsing door reactie met water) in het darmlumen door middel van esterasen (verteringsenzymen) uit de alvleesklier. De co-enzymen Q die bij dit proces vrijkomen, bereiken het borstelgrensmembraan van de enterocyten (cellen van het dunne darmepitheel) als onderdeel van de gemengde micellen (aggregaten van galzouten en amfifiele lipiden) en worden geïnternaliseerd (opgenomen in de cellen). Intracellulair (in de cellen) vindt opname (opname) van ubiquinonen plaats in chylomicronen (lipide-rijke lipoproteïnen), die de lipofiele vitaminoïden via de lymfe naar de perifere bloedcirculatie transporteren. Vanwege het hoge molecuulgewicht en de oplosbaarheid van lipiden is de biologische beschikbaarheid van de geleverde ubiquinonen laag en varieert deze waarschijnlijk van 5-10%. De absorptiesnelheid neemt af met toenemende dosis. De gelijktijdige inname van vetten en secundaire plantaardige stoffen, zoals flavonoïden, verhoogt de biologische beschikbaarheid van co-enzym Q10.

Transport en distributie in het lichaam

Tijdens transport naar de lever gratis vetzuren (FFS) en monoglyceriden van chylomicronen worden afgegeven aan perifere weefsels, zoals vetweefsel en spieren, onder invloed van lipoproteïne lipase (LPL), die zich op celoppervlakken bevindt en splitst triglyceriden​ Dit proces breekt chylomicronen af ​​tot chylomicronresten (magere chylomicronresten), die zich binden aan specifieke receptoren in de lever. Opname van co-enzymen Q in de lever vindt plaats door receptorgemedieerde endocytose (opname in cellen door bezwering van het biomembraan om blaasjes te vormen). In de lever worden via voedsel aangeleverde co-enzymen met een lage keten (co-enzymen Q1-Q9) omgezet in co-enzym Q10. Ubiquinone-10 wordt vervolgens opgeslagen in VLDL (very low dichtheid lipoproteïnen). VLDL wordt door de lever uitgescheiden (uitgescheiden) en in de bloedbaan gebracht om co-enzym Q10 naar extrahepatische (buiten de lever) weefsels te verdelen. Co-enzym Q10 is gelokaliseerd in membranen en lipofiele subcellulaire structuren, vooral het binnenste mitochondriale membraan, van alle lichaamscellen - voornamelijk die met een hoge energieomzetting. De hoogste Q10-concentraties worden gevonden in de hart-, lever en longen, gevolgd door nieren, pancreas (pancreas) en milt​ Afhankelijk van de respectievelijke redoxverhoudingen (reductie / oxidatieverhoudingen) is de vitaminoïde aanwezig in geoxideerde (ubiquinon-10, afgekort als CoQ10) of gereduceerde vorm (ubiquinol-10, ubihydrochinon-10, afgekort als CoQ10H2) en beïnvloedt dus zowel de structuur en de enzymatische uitrusting van celmembranen. De activiteit van transmembraanfosfolipasen (enzymen dat klieven fosfolipiden en andere lipofiele stoffen) wordt gecontroleerd door de redoxstatus. Opname van co-enzym Q10 door doelwitcellen is nauw gekoppeld aan lipoproteïnekatabolisme (afbraak van lipoproteïnen). Aangezien VLDL zich bindt aan perifere cellen, is sommige Q10 gratis vetzuren, en monoglyceriden worden geïnternaliseerd (opgenomen in cellen) door passieve diffusie door de werking van lipoproteïne lipase​ Dit resulteert in het katabolisme van VLDL naar IDL (intermediate dichtheid lipoproteïnen) en vervolgens naar LDL (laag dichtheid lipoproteïnen; cholesterolrijke lipoproteïnen met lage dichtheid). Ubiquinone-10 gebonden aan LDL wordt enerzijds via receptorgemedieerde endocytose opgenomen in de lever en extrahepatische weefsels en overgebracht naar HDL (lipoproteïnen met hoge dichtheid) aan de andere kant. HDL is significant betrokken bij het transport van lipofiele stoffen van perifere cellen terug naar de lever. De totale voorraad ubiquinon-10 in het menselijk lichaam is afhankelijk van de toevoer en wordt verondersteld 0.5-1.5 g te zijn. Bij verschillende ziekten of processen, zoals myocardiale en tumor ziekten, suikerziekte mellitus, neurodegeneratieve ziekten, blootstelling aan straling, chronisch spanning en toenemende leeftijd of risicofactoren, zoals roken en UV straling, het co-enzym Q10 concentratie in bloed plasma, organen en weefsels, zoals huid, kan worden verminderd. Als oorzaak worden vrije radicalen of pathofysiologische aandoeningen besproken. Het blijft onduidelijk of het verlaagde Q10-gehalte zelf pathogene effecten heeft of slechts een bijwerking is. Afname van ubiquinon-10 in het hele lichaam met de leeftijd is het meest merkbaar in de hartspier, naast de lever en skeletspieren. Terwijl 40-jarigen ongeveer 30% minder Q10 in de hartspier hebben dan gezonde 20-jarigen, is de Q10-concentratie van 80-jarigen 50-60% lager dan die van gezonde 20-jarigen. Functionele aandoeningen zijn te verwachten bij een Q10-tekort van 25% en levensbedreigende aandoeningen bij een daling van de Q10-concentratie boven 75%. Verschillende factoren kunnen worden beschouwd als de oorzaak van een afname van het ubiquinon-10-gehalte op oudere leeftijd. Naast een verminderde endogene synthese en onvoldoende inname via de voeding, een afname van mitochondriaal massa en verhoogd verbruik door oxidatie spanning lijken een rol te spelen.