Технология приготовления Coenzyme Q 10 и ее применение в медицине

Коэнзим к 10, also known as ubiquinone, is a fat-soluble quinone compound that is widely distributed in nature, mainly in yeast, plant leaves, and seeds, and in the cells of the heart, liver, and kidney of animals. It was first isolated from bovine heart muscle by Frederick in 1957.

Коэнзим к 10 является важным членом митохондриальной дыхательной цепи. Он связан с митохондриальной внутренней мембраной и участвует в производстве клеточного окислительного фосфора и атф. Коэнзим к 10 является естественным антиоксидантом самой клетки и стимулятором клеточного метаболизма. Она также связана с ретикулоэндотелиальной системой и может усилить иммунитет [1]. Как единственное вещество коэнзим В (1) в организме человека, аномальный метаболизм коэнзим Q 10 было связано со многими заболеваниями в организме человека, и искусственная добавка коэнзима Q10 может облегчить многие заболевания [2-3].

Исследования на протяжении многих лет показали, что коэнзим Q 10 является хорошим адъювантом для сердечных заболеваний, защищая сердце во время кардиохирургии без каких-либо токсичных или побочных эффектов. С 1977 года проводятся многочисленные международные симпозиумы по изучению его биологических свойств и клинического применения [4], и с каждым днем растет оценка его эффективности в практическом применении. Таким образом, развитие coenzyme Q10 имеет широкую рыночную перспективу.

1. Физические и химические свойства Коэнзим к 10

Coenzyme Q — семейство жирорастворимых квинонов, химическая структура которого показана на рис. 1. 10 - количество изосферных единиц в боковой цепи коэнзима Q. коэнзим Q встречается в широком спектре животных, растений и микроорганизмов в природе. Среди обнаруженных веществ пять естественных членов coenzyme Q, а именно Q6, Q7, Q8, Q9 и Q10, обладают аналогичными физическими и химическими свойствами. Это связано с тем, что они имеют одно и то же материнское кольцо и различаются только по длине изопреноидной цепи боковых цепочек [5]. Кроме того, коэнзим Q13 был обнаружен в штамме мутантов Escherichia coli.

Рис.1.  В настоящее время Химическая структура коэнзима Q 10

Coenzyme Q 10 имеет молекулярную формулу C59 H90 O4 и молекулярную массу 863,36u. Это оранжево-желтый кристалл при комнатной температуре с температурой плавления 49 градусов. Без запаха и вкуса. Без запаха и вкуса. Легко распадается на красный цвет под светом и устойчив к температуре и влажности. Из-за своей длинной, подобно изорене, побочной цепи он растворим в хлороформе, бензоле и тетрахлорметане, растворим в ацетоне, нефтяном и эфире, незначительно растворим в этаноле, нерастворим в воде и метаноле.

2. Метод приготовления Coenzyme Q10

Существуют три основных метода подготовки коэнзима Q10, а именно: экстракция тканей растений и животных, микробная ферментация и химический синтез. В прошлом также существовал метод культуры клеток растений, использование технологии культуры клеток табака для подготовки коэнзима Q10, который является одним из продуктов развития технологии культуры клеток растений, из клеток культуры табака для получения кристаллов коэнзима Q10. Однако себестоимость этого метода высока, и он не подходит для промышленного производства, поэтому в последние годы соответствующие отчеты об этом методе встречаются редко [6].

2.1 химический синтез

Япония была первой страной, которая разработала Coenzyme Q10, который был произведен корпорацией Nisshin chemical synthesis. В химическом синтезе Coenzyme Qn, 2,3- диметоксий -5- метил 1,4- бензохинон, также известный как Coenzyme Q10, является необходимым промежуточным веществом. Основным методом его синтеза является окисление 3,5 - триметокситолуола. В литературе сообщается о двух основных методах: Один из них-метод персульфатного окисления аммония с использованием серной кислоты, раствор реакции очень темный по цвету, экстракция и отделение трудно, чистота продукта низкая, а доза уксусной кислоты очень большая; Другим методом является окисление пероксида водорода, при котором в качестве катализатора используется гетерополимерная кислота, а в качестве растворителя-кислота формальная, а раствор реакции насыщается кислотой пероксида водорода в размере 500 мл/л, после чего проводится анализ раствора реакции по колонкам с выходом до 85% [7]. Однако, поскольку пероксидная кислота, образующаяся в реакции, чрезвычайно нестабильна, реакция является быстрой, температуру реакции трудно контролировать, и образуется большое количество побочных продуктов, которые должны быть разделены хроматографией колон, и это не просто реализовать промышленное производство.

2.2 микробная ферментация

Currently, the most promising method is microbial fermentation, and the key technology of this method is the production capacity of coenzyme Q10-producing bacteria and how to extract coenzyme Q10 from the fermented bacteria- да. Многие микроорганизмы могут использоваться для производства коэнзима Q10 (таблица 1) [8-9]. Как видно из таблицы, распределение коэнзима Q10 является гетерогенным среди микроорганизмов, при отсутствии коэнзима Q10 в клетках, не требующих аэробного дыхания, таких как грам-позитивные бактерии, и наличии высоких концентраций коэнзима Q10 в грам-негативных бактериях. Поскольку коэнзим Q10 состоит из ароматического кольца и изопентаниловой боковой цепи, ароматическое кольцо должно быть сначала синтезировано в микроорганизме. Существует два способа синтеза: Один из них — из мангиферолевой кислоты через р-гидроксибензовую кислоту, а другой — из уксусной кислоты-ацетона.

Таблица 1 содержание коэнзима Q10 из некоторых микробов

In 1977, Japan realized the first fermentation method for the production of Coenzyme Q10, but the efficiency was low and the production cost was high. Nowadays, with the rapid development of bioengineering, especially genetic engineering, the production process of Coenzyme Q10 has made great progress. For example, R. spheroides co22-11 (FERM-p6008) was cultured in a sterile medium containing 30 g/L molasses, 30 g/L glucose, 20 g/L yeast paste, 5 g/L ammonium sulfate and 20 g/L calcium carbonate at 30 ℃ for 3d~7d, and the final fermentation broth contained 300mg/L of coenzyme Q10, which is double the amount of fermentation of the common producer. The fermentation broth contained 300 mg/L of Coenzyme Q10, which was 2-5 times the fermentation volume of the common producer bacteria. Therefore, the insertion of the target gene is more favorable for the accumulation of Coenzyme Q10 in the bacteria and the enhancement of the fermentation efficiency[10].

В последние годы исследования микробной ферментации и экстракции развиваются в китае, главным образом в лаборатории фармацевтической инженерии пекинского университета химической технологии и в аспирантуре китайской академии наук. Однако из-за проблемы бактериального штамма содержание коэнзима Q10 в бактериальной жидкости очень низкое. После скрининга, штамм coenzyme Q10 был получен из пекинского института химической технологии, и после оптимизации, производительность достигла 160 мг/л ферментационной жидкости, но это только 1/5~1/2 иностранной продукции, поэтому трудно реализовать промышленное производство с точки зрения затрат.

2.3 экстракция тканей растений и животных

В настоящее время растительные и животные ткани в основном используются в китае, а коэнзим Q10 встречается в больших количествах в некоторых растительных и животных тканей (таблица 2). Основные методы экстракции:

Таблица 2 содержание коэнзима Q10 в тканях животных и растений

(1) метод сапонификации

Москва (Россия) Метод сапонификации

Клетки сырья, содержащие коэнзим Q10, были раздавлены кислотным водным раствором, нагретым при температуре 100 ° c в течение 3 ° c, добавленным гидроксидом натрия и сапонифицированным при температуре 100 ° c в течение 1 ° c. Сапонифицированный раствор был извлечен из этана, смешанного с изопропанолом. Сапонифицированный раствор был извлечен из этана, смешанного с изопропанолом, экстракт был сконцентрирован, холестерин был удален из осадка холодным диализом, а столбец хроматографии силикагеля использовался для сбора раствора коэнзима Q10, его концентрации и кристаллизации с помощью безводного этанола для получения коэнзима Q10. Себестоимость производства коэнзима Q10 снижается путем прямой сапонификации с использованием кислотодробительных элементов.

② Alcohol Alkali Saponification метод

Взвесить определенное количество тканевого материала, добавить определенную долю пирогальевой галлической кислоты, перемешать хорошо, а затем медленно добавить 100 г/л гидроксида натрия-этанола раствор перемешивается, затем тканевого материала в черную пасту, теплового рефлекса в водяной ванне в течение 30 мин. быстро охладить до комнатной температуры, добавить определенное количество нефтяного эфира, и повторить экстракцию, экстракт был промыт водой до нейтрального. Затем удалить воду с помощью безводного сульфата натрия, цель удаления воды состоит в Том, чтобы сделать коэнзим Q10 и углеводородные растворители более мистильными, чтобы облегчить последующую обработку. Концентрат до небольшого объема, хроматография с адсорбционной колонкой силикагеля, промывка с помощью нефтяного эфира для удаления примесей, затем очищение смесью этилового эфира и нефтяного эфира, сбор в сегментах, дистиллирование для удаления растворителя и получение желтого масла. Кристаллизоваться безводным этанолом для получения кристаллов оранжево-желтого цвета, т.е. Coenzyme Q10. Этот метод является классическим методом извлечения, хотя и простым, но дорогостоящим.

Гравюра-адсорбционная хроматография

Сырье, содержащее коэнзим Q10, было извлечено с низкой концентрацией этанола раствора в течение 3 часов при 73 градусах. Экстракт адсорбировался макропористой смолой, промытой с низкой концентрацией этанола, ускользающей от n- этана и концентрированной, и этанол был удален для получения маслянистого вещества, содержащего коэнзим Q10. Согласно отчету японии, чистота коэнзима Q10 составила 99,4% благодаря хроматографии в столбце амберлит хад, за которой следует столбец Hp-20 гипоры, очищение с помощью ацетонового раствора 9:1, концентрация и кристаллизация этанола.

3. Медицинское применение коэнзима Q10

3.1 клиническое применение коэнзима Q10 при сердечно-сосудистых заболеваниях

Cardiovascular disease is the main application of coenzyme Q10, Folkers K et al[11] found that the myocardium of patients with cardiac disease has reduced coenzyme Q10 activity, arterial stenosis, atresia, and other deficiencies of coenzyme Q10. After oral administration of Coenzyme Q10, it is absorbed through the lymphatics enters the mitochondria of the cells, and then acts directly on the ischemic heart, which can improve the utilization of oxygen.

Коэнзим Q10 эффективен при ишемической болезни сердца, гипертонии и ревматической затяжке симптомов сердечной недостаточности (отек, заторы легких, гепатомегалия, стенокардия)[12]; Добавление коэнзима Q10 к традиционным противомиокардным ишемическим лекарственным препаратам может значительно сократить количество эпизодов стенокардии, уменьшить дозировку нитратов, повысить скорость перехода к ишемической S-T и T-wave изменениям в физической толерантности [13]. Коэнзим Q10 эффективен при лечении стенокардии. Коэнзим Q10 также эффективен при лечении гипертонии, и его антигипертензивный эффект относительно мягкий без побочных эффектов.

Возможное объяснение снижения кровяного давления коэнзимом Q10 заключается в Том, что он действует как сердечно-сосудистый антиоксидант и действует непосредственно на сосудистой стенке, чтобы устранить пероксиды или подавить их синтез в васкулатуре. Повышая эффективность транспортировки высококалорийных электронов от цитоплазмы к митохондриальной дыхательной цепи, коэнзим Q10 снижает цитоплазменные уровни пониженного коэнзима I (NADH) и устраняет пониженный потенциал, который приводит к синтезу пероксида в эндотелии и сосудистой гладкой мускула.14 Известно также, что коэнзим Q10 снижает кровяное давление у пациентов с гипертонией.

Certain antihypertensive drugs can exacerbate the deficiency of coenzyme Q10 in the heart of hypertensive patients, а коадмиссия коэнзима Q10 антигипертензивными препаратами не только усиливает антигипертензивный эффект, но и предотвращает побочные эффекты лекарств. Коэнзим Q10 оказывает защитное воздействие на миокард при застойной сердечной недостаточности, кардиомиопатии, ишемической болезни сердца, остром инфаркте миокарда и других дисфункциях сердца [15]. Коэнзим Q10 может снизить липопротеин и плазменный инсулин, ингибировать окисление холестерина и предотвратить атеросклероз артерий. В заключение следует отметить, что клиническая эффективность коэнзима Q10 при сердечно-сосудистых заболеваниях обусловлена главным образом его улучшением в производстве миокардной энергии, антиоксидантной активностью и стабилизирующими свойствами биофилма [16].

3.2 прочие расходы Медицинское применение коэнзима Q10

Studies have shown that Coenzyme Q10 has anti-tumor effects in experimental animals. Geng Ailian et al[17] reported that dietary supplementation of coenzyme Q10 could significantly reduce the morbidity and mortality of ascites in broiler chickens, and reduce the osmotic fragility of erythrocytes in broiler chickens (EOF) (p≤0.05). The mitochondria of human liver, gastric, and intestinal cancer cells are significantly deficient in coenzyme Q10, and the hemoglobin cells of patients with advanced cancers are also deficient in coenzyme Q10 by about 50%, so the administration of coenzyme Q10 to patients with certain tumors can stabilize their conditions and prolong their lives. Coenzyme Q10 has also been used in the protection of pneumonia, hepatitis B, and kidney disease[18].

Коэнзим Q10 эффективен при лечении злокачественных опухолей, сахарного диабета, прогрессирующей миастении, язвы двенадцатиперстной кишки и желудка, некротизирующего периодонтита и вирусного гепатита. Он также эффективен при лечении округлой алопеции, эмфиземы и нарушений слуха. В последние годы было также установлено, что коэнзим Q10 эффективен в лечении спида. Coenzyme Q10 также показал многообещающие результаты в борьбе со старением. Таким образом, помимо того, что CoQ10 играет важную терапевтическую роль в некоторых альтернативных методах лечения, он также является вспомогательным лекарством с широким диапазоном применения.

Справочные материалы:

[1] цянь сюэ, ван цзуцяо, Коран пин. Фармакология и применение коэнзима Q10 [J]. Продукты питания и лекарственные средства, 2006, 8(1): 16-19.

[2] лю сяньньпин, фэн чжицян, ли сяолин. Лечение рецидивной язвы афтозы коэнзимом Q10 в сочетании с золотым витамином 21 в 59 случаях [J]. Journal of Jinan University (Medical Edition), 2005, 26(2): 267 — 268.

[3] шин л. коэнзим Q10 замедляет развитие паркинсона#39; болезнь s [J]. Первая точка зрения, 2002, (22): 9.

(22): 9.

[4] фолькеры к. биомедицинские и клинические аспекты коэнзима к [м]. Голландия, 1977: 316.

[5] Wu PF, Lu ML, Tao WY. Разделение и определение содержания коэнзима Q10 в Mycobacterium smegmatis путем сапонификации [J]. Биотехнология, 2006, (1):43 — 45.

[6] хуан вэй, сюй цзяньчжун, фэн сяолян. Исследования по коэнзиму Q10[J]. Химическая промышленность хэнань, 2003, (2): 12-14.

[7] чида а с, парими в с, чандрасекхарам м и др. Синтез 2,3 - диметоксия -5- метила -1, 4- бензохинона: ключевой фрагмент в серии коэнзим-q [J]. Синтетические коммуникации, 2001, 31(5): 657-660.

[8] шэнь т. биохимия [м]. Пекин: люди и общество#39; издательство «s Education Publishing House», 1990.

[9] леназ г. коэнзим к биохимия [м]. Нью-Йорк: межнаучная публикация уайли, 1984 год: 33-47.

[10] Ouyang PK, Hu YH. Производство и применение coenzyme Q10 [J]. Прогресс в химической промышленности, 1994 год, (4): 9-11.

[11] Folkers K. сердечная недостаточность является основным недостатком Q10[J]. Clin investment, 1993, 71:851.

[12] лю ль. Наблюдения за эффективностью коэнзима Q10 при лечении стенокардии при ишемической болезни сердца [J]. Современная китайская медицинская наука и техника, 2003, 3(2):25.

[13] Greenberg S M, Frishman W H. Coenzyme Q10 a new drug for сердечно-сосудистые заболевания [J].  J Clin Pharmacol, 1990, 30: 596.

[14] мокарти м. ф. коэнзим контролеры гипертонии: образует ли coQ de- crease эндотелиальный сверхоксид [J]. Медицинские гипотезы, 1999, 53(4): 300.

[15] динь янь, чжан вейшу, Лу фангао. Защитное действие коэнзима Q10 на ишемию миокарда, вызываемую изопротеренолом [J]. Журнал харбинского медицинского университета, 2006, 40(1): 40-41.

[16] Colucci W S, Wright R F, Braunwald E. новые позитивные интропные агенты в лечении застойной сердечной недостаточности, механизм действия и последние клинические разработки [J].  N Endl J Med, 1986, 314: 349.

[17] генг Ай-лиан, однобокий юй-мин, юань цзянь-минь и др. Влияние coenzyme Q10 на производительность цыплят бройлеров и его чувствительность к ascites[J]. Журнал животноводства и ветеринарии, 2005, 36(1): 16-20.

[18] Xue H. Coenzyme Q10 как адъювант для лечения астматической пневмонии в 50 случаях [J]. Железнодорожная медицина, 1999, 27(2): 112-114.