<<
>>

Коэнзим Q

Убихинон впервые был описан Ричардом А. Мортоном и сотр. в 1955 г. [562] как хи- нон, повсеместно присутствующий в клетках (отсюда и его название - "ubiquitous quinone". "вездесущий хинон"), и охарактеризован как бензохинон, присоединённый к ненасыщенной изопренойднои боковой цепи. В зависимости от количества изопреноид- ных звеньев в боковой цепи убихиноны (производные 2-метил-5,6-диметокси-1,4- бензохинона) обозначаются как убихинон-l...K). Выделенные из бактерий убихиноны содержат от шести до десяти изопреновых фрагментов, в высших растениях преимуще­ственно содержится убихинон с девятью звеньями, а в клетках млекопитающих - формы с девятью и десятью звеньями.

В 1957 г. Фредерик Крейн с сотр. идентифицировали хинон - компонент дыхатель­ной цепи митохондрий, функционирующий как коэнзим для переноса электронов с ком­плексов I и II на комплекс III (рис. 20) [428]. Ему было присвоено соответствующее на­звание jco3H3hmQ (coenzyme guinone), сокращённо CoQ (окисленная форма) или CoQH2 (восстановленная форма); для обозначения числа изопреноидных звеньев к сокращению CoQ добавляется числовой индекс, например коэнзим CoQio или CoQ8. Последующие исследования показали идентичность митохондриальных CoQ описанным ранее убихи- нонам; как в окисленном (собственно убихинон), так и в восстановленном состоянии (убихинол) они свободно перемещаются в липидной фазе митохондриальных мембран, осуществляя транспортировку электронов с НАДН-дегидрогеназы на цитохром Ь5. При этом донором электронов для убихинона служат не только НАДН-дегидрогеназа, но и другие флавиновые дегидрогеназы (сукцинатдегидрогеназа, ацил-СоА-дегидрогеназа и др.), а также супероксидный анион-радикал.

Группой австрийских учёных недавно показано существование сложной окислитель­но-восстановительной цепи в лизосомах [624, 1128]; восстановительные эквиваленты с НАДН поступают в неё через ФАД-содержащую дегидрогеназу, после чего электроны и протоны передаются на цитохром b-типа и затем - на убихинон (рис. 79). В отличие от дыхательной цепи митохондрий, где кислород тетравалентно восстанавливается на ге­мовом центре цитохромоксидазы, в лизосомах в роли восстановителя выступает убисе- михинон, превращая 02 в супероксидный анион-радикал, который затем дисмутирует с образованием Н202. Одним из конечных продуктов реакции является ОН-радикал, оче­видно, возникающий в результате гомолитического расщепления перекиси водорода под действием второго убисемихинонного радикала или в реакции Фентона, с участием Fe- содержащих комплексов (X-Fe) [1128].

Цитоплазма

Рис. 79. Электронтранспортная цепь лизосом [1128]

По строению и свойствам убихинолы сходны с а-токоферолом, однако они имеют две связанные с бензольным кольцом ОН-группы, и поэтому способны захватывать или отдавать 2 электрона и 2 протона (рис. 80).

Рис. 80. Окислительно-восстановительные превращения убихинонов (коэнзимов 0); в клетках

п = 6-10

В природе существует целое семейство хинонов, функционирующих в качестве про­межуточных переносчиков электронов в дыхательной цепи. Помимо СоС) в эту группу входят также витамины группы К: витамин или филлохинон [2-метил-3-(3,7,11,15- тетраметил гексадецен-2-ил)нафтохинон-1,4], и менахинон (витамин К2) - производное 2-метил-1,4-нафтохинона, замещённое в положении СЗ остатком полиизопреновой цепи из 4-6 звеньев; а также родохинон (аминохинон).

который встречается у некоторых пур-



пурных бактерий. В хлоропластах растений перенос электронов при фотофосфорилиро­вании осуществляется семейством пластохинопов, содержащих метильные группы вме­сто метоксильных (рис. 81). В высших растениях преимущественно представлен пласто- хинон с 9 изопреновыми звеньями, основная часть которого (50-70 %) в нормальных условиях находится в восстановленном состоянии. Аналогично коэнзиму (3, перечис­ленные хиноны, участвуя в окислительно-восстановительных превращениях, могут функционировать и в качестве антиоксидантов.

Коэнзим С)|о и его аналоги эффективно взаимодействуют с кислородными радикала­ми С>2, НО*. ЯО* и ЯО* . Несмотря на то, что скорость реакции убихинола Со(ЗюН2 с перекисными радикалами жирных кислот ЯО* примерно на порядок меньше, чем а- токоферола [21], он выступает в качестве основного липофильного антиоксиданта в ми­тохондриях клеток эукариот и тромбоцитах человека, в которых выявляется низкое со­держание витамина Е [112]. Помимо митохондрий достаточно много убихинона содер­жится в лизосомах, комплексе Гольджи и цитоплазматических мембранах (табл. 43). В митохондриях убихинол не только инактивирует липидные радикалы и тормозит про­цессы ПОЛ, но и защищает ДНК и белки от окислительного повреждения [ 1219], а также ингибирует нитрование тирозиновых остатков, индуцированное пероксинитритом [1357]. При этом коэнзим О - не только главный антиоксидант митохондрий, но и ос­новной прооксидант [272]: окисляясь и восстанавливаясь в процессе транспорта элек­тронов по дыхательной цепи, убихинол и его радикал могут переносить электроны на молекулярный кислород с образованием супероксид-аниона:

Со(ЗН2 + 02 > Со(ЗН* + Н+ + О ~

Со(ЗН* + 02 > Со(3 + Н+ + О '


Содержание убихинонов и а-токоферола в субфракциях клеток печени крыс [189]

1 Фракция Убихинон (пмоль/мг белка) а-Токоферол (пмоль/мг белка) Соотношение

убихинон/

а-токоферол

Г омогенат 1139 165 6,9
Внутренние мембраны митохондрий 2654 77 34,5
Внешние мембраны митохондрий 3800 142 26,8
Шероховатые микросомы 128 102 1,3
[ Гладкие микросомы 178 228 0,8
I Пузырьки комплекса Гольджи 897 1105 0,8
1 Л изосомы 1246 421 3,0
| Плазматические мембраны 390 19 20,5
1 Ядерная фракция 215 95 2,3
1 Пероксисомы 134 49 2,7
I Цитоплазма 117 47 2,5

Сравнение содержания убихинонов в митохондриях кардиомиоцитов с синтезом су­пероксид-аниона у животных разных видов (мышь, крыса, кролик, свинья, бык) показа­ло, что содержание связанного с белком СоС^о обратно коррелирует с продукцией О ~г [898]. Ведение крысам с водой гидрофильной формы убихинона (препарат кудесан) око­ло 10 мг/кг в день приводило к снижению продукции О 2 в выделенных из сердца мито­хондриях в среднем в 2,6 раза [87]. Вместе с тем после длительного кормления мышей коэнзимом (2ю (123 мг/кг в день в течение 13 недель) его содержание в митохондриях, выделенных из разных органов (скелетные мышцы, печень, почки), возрастало в сред­нем в 5 раз, однако не коррелировало с продукцией супероксид-аниона [899].

В липидных структурах коэнзим (210 и его гомологи способны взаимодействовать с радикалами токоферола и тролокса [652], восстанавливая их с промежуточным образо­ванием полувосстановленной формы - убисемихинонного радикала (СоС^юН*):

а-Тф-О* + СоС)юН2 > а-Тф-ОН + СоС^оН*

а-Тф-О* + СоСЗюН* > а-Тф-ОН + Со(2ю.

Описанный механизм может служить для поддержания определённой стационарной концентрации витамина Е в митохондриальных и микросомальных мембранах, посколь­ку убихинон и убисемихинонные радикалы легко подвергаются ферментативному вос­становлению [794]. Вд^дукшш убихинона. помимо ферментов (ОТ-диафораза, мито­хондриальные НАДН-дегидрогеназы, микросомальные НАДН-цитохром Ь5- и НАДФН- цитохром Р450-редуктазы, цитоплазматические липоамиддегидрогеназа, тиоредоксин- и глутатионредуктаза), также участвуют водорастворимые антиоксиданты (витамин С, цистеин, глутатион, дигидролипоевая кислота) [274, 275, 338, 1133]. Наличие в клетках ферментных систем способствует поддержанию убихинона преимущественно в восста­новленном состоянии (табл. 44), вследствие чего он функционирует как антиоксидант. Как видно из табл. 44, в органах с высоким содержанием и потреблением кислорода (лёгкие, мозг) окисленная форма убихинона превалирует над восстановленной. Анало­гично токофероксильным, семихинонные радикалы, в том числе убисемихинонные, в составе клеточных мембран и липопротеиновых частиц могут восстанавливаться аскор­биновой кислотой (НО-Аск-ОН):

СоОюЬГ + НО-Аск-ОН > Сод10Н2 + НО-Аск-О*

Таблица 44

Распределение и степень восстановленности убихинона в тканях и органах взрослого человека [159]

Ткань (орган) Содержа­ние (мкг/г ткани) % убихинона в восстанов­ленном со- стоянии Ткань (орган) Содержа­ние (мкг/г ткани) % убихинона! в восстанов-I ленном со- В стоянии |
Сердце 114,0 61 Мозг 13,4 23
І Почки 66,5 75 Желудок 11,8 63
В Печень 54,9 95 Тонкий кишечник 11,5 95
1 Мышцы 39,7 65 Прямая кишка 10,7 87
I Поджелудочная железа 32,7 100 Яички 10,5 85
1 Щитовидная железа 24,7 70 Лёгкие 7,9
1 Селезёнка 24,6 85 1

Исследование взаимодействия разных по структуре семихинонных радикалов с ас­корбиновой кислотой показало, что максимальная скорость реакции (к = (1,8 ± 0,2) х 107 MV1) наблюдалась для незамещённого семихинона, введение алкильных или меток- сильных заместителей более чем в 4 раза снижало скорость реакции восстановления [1294]. ^

Во многих исследованиях in vitro и ex vivo показана высокая эффективность убихи- нолов как жирорастворимых антиоксидантов. Добавленный в культуру лимфоцитов как в окисленной, так и восстановленной форме CoQi0 ингибировал повреждения ДНК, ин­дуцированные Н202 [1511]. В концентрации 10 мкМСкбэ1?зй\Г07оУредотвращал апоптоз кератиноцитов кролика, индуцированный облучением аргоновым лазером [306> < ~

Несмотря на низкое содержание убихинола в сыворотке крови человека (0,40-1,72 мкмоль/л у мужчин и 0,43-1,47 у женщин [798]), некоторые исследователи отводят ему ведущую роль в защите от окисления липопротеинов низкой плотности [1455]: показано, что при индукции процессов ПОЛ в липопротеинах интенсивное окисление эндогенного а-токоферола начинается только после окисления убихинола, который расходуется в первую очередь [1526]. Вместе с тем по другим оценкам вклад убихинола в общую ан- тиокислительную активность сыворотки составляет только 0,1—0,4% [948], вклад в ан­тиоксидантную защиту липопротеинов низкой плотности несколько выше - 2,5 % [170]. Главным аргументом для такого заключения является низкое содержание убихинола в сыворотке: на одну липопротеиновую частицу приходится менее 0,5 молекул убихинола [58]. При этом если в клетках двухэлектронное восстановление хинонной формы коэн- зима CoQio возможно во многих ферментативных реакциях, то в сыворотке и выделен­ных липопротеинах таких механизмов не выявлено, хотя, как отмечалось выше, семихи-

ионные радикалы могут восстанавливаться аскорбиновой кислотой. Восстанавливать убихинон в сыворотке могут эритроциты и гепатоциты, однако, если водорастворимый CoQi восстанавливается быстро, то эффективность восстановления гидрофобного CoQi0 незначительна [1456].

Отсутствие в сыворотке специализированных ферментативных механизмов восста­новления коэнзима Qio позволяет предложить определение соотношения убихи- нол/убихинон в качестве одного из маркеров развития окислительного стресса в орга­низме [890] или окислительной модификации липопротеинов [1526]. Однако необходи­мо отметить, что механизмы восстановления убихинона как в тканях, так и в сыворотке в достаточной степени не изучены. Это ярко проявляется при клиническом применении препаратов из убихинола. Удобной для производства и хранения (не окисляется) фарма­кологической формой является убихинон. Приём добровольцами в течение 10 дней CoQio (100 мг 3 раза в день) приводил к 4-кратному повышению его общего содержания (CoQio и CoQi0H2) в сыворотке и липопротеинах низкой плотности, при этом 80 % нахо­дилось в восстановленной форме (CoQi0H2) [1042].

Убисемихинонные радикалы (CoQi0H*), образующиеся при одноэлектронном окис­лении убихинола, аналогично ионам металлов переменной валентности могут разлагать гидроперекиси, в частности перекись водорода, гидроперекиси кумола и линолевой ки­слоты [1127]:

CoQiqH* + Н202 > CoQio + ОН" + ОН*

CoQiqH* + ROOH > CoQio + OIГ + RO*.


Образующиеся радикалы RO* и НО* инициируют процессы ПОЛ, что делает двойст­венной функцию убихинонов в биологических системах (рис. 82).

<< | >>
Источник: Меныцикова Е. Б. и др.. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е.Б. Меныцикова, В.З. Ланкин, Н.К. Зенков, И.А. Бондарь, Н.Ф. Круговых, В.А. Труфакин. - М.: Фирма «Слово»,2006. - 556 с.. 2006

Еще по теме Коэнзим Q:

  1. Витамин Q (коэнзим Q, убихинон)
  2. Заболевания, передающиеся половым путем (субклиническая форма, инфицированность выявляется лабораторно)
  3. Хронический вирусный гепатит С
  4. Лимфатизм
  5. Ятрогенные поражения
  6. Хронические экземы
  7. Хронический гайморит
  8. Фурункулез
  9. Рецидивирующие вирусные инфекции
  10. Ревматоидный артрит (вне фазы обострения)
  11. Преканцерозы