Coenzima Q 10 tecnología de preparación y su aplicación en medicina

Coenzima Q 10, también conocido como ubiquinona, es un compuesto de quinona soluble en grasa que se distribuye ampliamente en la naturaleza, principalmente en la levadura, hojas de plantas y semillas, y en las células del corazón, hígado y riñón de los animales. Fue aislado por primera vez del músculo cardíaco bovino por Frederick en 1957.

Coenzima Q 10 es un miembro importante de la cadena respiratoria mitocondrial. Se une a la membrana mitocondrial interna y participa en la fosforilación oxidcelular yla producción de ATP. Coenzima Q 10 es un antioxidante natural de la propia célula y un estimulante del metabolismo celular. También se asocia con el sistema reticuloendotelial y puede mejorar la inmunidad [1]. Como la única sustancia de la coenzima Q en el cuerpo humano, metabolismo anormal de la coenzima Q 10 se ha asociado con muchas enfermedades en el cuerpo humano y la suplementación artificial de coenzima Q10 puede aliviar muchas enfermedades [2-3].

Estudios a lo largo de los años han demostrado que la coenzima Q 10 es un buen coadyuvpara enfermedades cardíacas, protegiendo el corazón durante la cirugía cardíaca sin ningún efecto tóxico o secundario. Desde 1977, se han celebrado numerosos simposiinternacionales para estudiar sus propiedades biológicas y aplicaciones clínicas [4], y la evaluación de su eficacia en aplicaciones prácticas ha ido aumentando día a día. Por lo tanto, el desarrollo de la coenzima Q10 tiene una amplia perspectiva de mercado.

1. Propiedades físicas y químicas de la coenzima Q 10

La coenzima Q es una familia de quinonas solubles en grasa, cuya estructura química se muestra en la figura 1. 10 es el número de unidades isoprenoides en la cadena lateral de la coenzima Q. la coenzima Q se encuentra en una amplia gama de animales, plantas y microorganismos en la naturaleza. Entre las sustancias descubiertas, los cinco miembros naturales deCoenzima QLos Q6, Q7, Q8, Q9 y Q10 tienen propiedades físicas y químicas similares. Esto se debe a que comparten el mismo anillo padre y difieren sólo en la longitud de la cadena isoprenoide de las cadenas laterales [5]. Además, la coenzima Q13 se encontró en una cepa mutante de Escherichia coli.

Fig.1  el Estructura química de la coenzima Q 10

Coenzima Q 10 tiene la fórmula molecular C59 H90 O4 y la masa molecular es 863.36u. Es un cristal de color naranja amarillo a temperatura ambiente con un punto de fusión de 49°C. Es inodoro e insípido. Es inodoro e insípido. Se descompone fácilmente en un color rojizo bajo la luz y es estable a la temperatura y la humedad. Debido a su larga cadena lateral similar al isopren, es soluble en cloroform, benceny tetraclorde de carbono, soluble en acetona, éter de petróleo y éter, ligeramente soluble en etanol, insoluble en agua y metan.

2. Método de preparación de la coenzima Q10

Hay tres métodos principales para la preparación de la coenzima Q10, a saber, la extracción de tejidos de plantas y animales, la fermentación microbiana y la síntesis química. En el pasado, también había un método de cultivo de células de plantas, el uso de la tecnología de cultivo de células de tabaco para preparar la coenzima Q10, que es uno de los productos del desarrollo de la tecnología de cultivo de células de plantas, a partir de las células de cultivo de tabaco para obtener cristales de coenzima Q10. Sin embargo, el costo de producción de este método es alto y no es adecuado para la producción industrial, por lo que los informes relevantes de este método son raros en los últimos años [6].

2.1 síntesis química

Japón fue el primer país en desarrollar la coenzima Q10, producida por síntesis química por Nisshin Corporation. En la síntesis química de la coenzima Qn, la 2,3-dimetoxi5-meti1,4-benzoquinona, también conocida como coenzima Q10, es el intermediario necesario. El principal método para su síntesis es la oxiddel 3,4,5-trimetoxitolueno. Hay dos métodos principales reportados en la literatura: uno es el método de oxidde persulfato de amonio, debido al uso de medio de ácido sulfúrico, la solución de reacción es de color muy oscuro, la extracción y la separación es difícil, la pureza del producto es baja, y la dosis de ácido acético es muy grande; El otro es el método de oxiddel peróxido de hidrógeno, que adopta ácido heteropolimérico como catalizador y ácido fórmico como disolvente, y oxigena la solución de reacción con peróxido de hidrógeno de 500mL/L, para luego analizar la solución de reacción por análisis en columna, con un rendimiento de hasta 85% [7]. Sin embargo, debido a que el ácido peroxicformico generado en la reacción es extremadamente inestable, la reacción es rápida, la temperatura de reacción es difícil de controlar, y se genera un gran número de subproductos, que necesitan ser separados por cromatode columna, y no es fácil realizar la producción industrial.

2.2 fermentación microbiana

Actualmente, el método más prometedor es la fermentación microbiana, y la tecnología clave de este método es la capacidad de producción de bacterias productoras de coenzima Q10 y cómo extraer la coenzima Q10 de las bacterias fermentadas. Muchos microorganismos pueden ser utilizados para producir la coenzima Q10 (tabla 1) [8-9]. Como se puede observar en la tabla, la distribución de la coenzima Q10 es heterogénea entre los microorganismos, con la ausencia de coenzima Q10 en células que no requieren respiración aeróbica, como las bacterias grampositivas, y la presencia de altas concentraciones de coenzima Q10 en bacterias gramnegativas. Dado que la coenzima Q10 se compone de un anillo aromático y una cadena lateral isopentenilo, el anillo aromático primero debe ser sintetizen el microorganismo. Hay dos rutas de síntesis, una es de ácido mangiferólico a través de ácido p-hidroxibenzoico, y la otra es de ácido acético acetona.

Tabla 1 contenido de coenzima Q10 en algunos microbios

En 1977, Japón realizó el primer método de fermentación para la producción de coenzima Q10, pero la eficiencia era baja y el costo de producción era alto. Hoy en día, con el rápido desarrollo de la bioingeniería, especialmente la genética, el proceso de producción de la coenzima Q10 ha avanzado mucho. Por ejemplo, R. spheroides co22-11 (FERM-p6008) se cultivó en un medio estéril que contenía 30 g/L de melaza, 30 g/L de glucosa, 20 g/L de pasta de levadura, 5 g/L de sulfato de amonio y 20 g/L de carbonato de calcio a 30 ℃ para 3d~7d, y el caldo de fermentación final contenía 300mg/L de coenzima Q10, que es el doble de la cantidad de fermentación del productor común. El caldo de fermentación contenía 300 mg/L de coenzima Q10, que era de 2 a 5 veces el volumen de fermentación de la bacteria productora común. Por lo tanto, la inserción del gen objetivo es más favorable para la acumulación de la coenzima Q10 en las bacterias y la mejora de la eficiencia de la fermentación [10].

En los últimos años, la investigación sobre la fermentación y extracción microbiana ha avanzado en China, principalmente en el laboratorio de ingeniería farmacéutica de la universidad de tecnología química de Beijing y en la escuela de graduados de la Academia China de ciencias. Sin embargo, debido al problema de la cepa bacteriana, el contenido de coenzima Q10 en el líquido bacteriano es muy bajo. Después del screening, se obtuvo una cepa de coenzima Q10 del Instituto de tecnología química de Beijing, y después de la optimización, la producción alcanzó los 160mg/L de líquido de fermentación, pero es sólo 1/5~1/2 de productos extranjeros, por lo tanto, es difícil realizar la producción industrial en términos de costo.

2.3 extracción de tejido vegetal y Animal

Actualmente, los tejidos vegetales y animales se utilizan mayoritariamente en China, y la coenzima Q10 se encuentra en grandes cantidades en algunos tejidos vegetales y animales (tabla 2).

Tabla 2 contenido de coenzima Q10 en los tejidos de animales y plantas

(1) método de saponificación

− álcali Método de saponificación

Las células de la materia prima que contenían la coenzima Q10 se trituraron en solución acuosa ácida, se calenta a 100 ℃ durante 3 h, se le añadió hidróxido de sodio y se saponificó a 100 ℃ durante 1 h. La solución de saponificada se extrajo con etano mezclado con isopropanol. La solución saponificada se extracon etano mezclado con isopropanol, se concentrel extracto, se extrael colesterol del precipitmediante diálisis en frío y se utilizó una columna cromatode gel de sílice para recoger la solución de coenzima Q10, concentrarla y cristalizcon etanol anhidro para obtener la coenzima Q10. El coste de producción de la coenzima Q10 se reduce mediante la saponificación directa utilizando células trituradoras de ácido.

Método de saponificación alcalina con ② Alcohol

Pesar una cierta cantidad de material de tejido, añadir una cierta proporción de ácido gálico pirogálico, agitar bien, y luego añadir lentamente 100 g/L de hidróxido de sodio - solución de etanol removiendo, a continuación, el material de tejido en una pasta negra, el refde calor en un baño de agua durante 30 min. enfriar rápidamente a temperatura ambiente, añadir una cierta cantidad de éter de petróleo, y repetir la extracción, el extracto se lavó con agua a neutro. A continuación, retire el agua con sulfato de sodio anhidro, el propósito de la eliminación de agua es hacer coenzima Q10 y disolventes de hidrocarburos mejor miscible, para facilitar el procesamiento posterior. Concentrado en un pequeño volumen, cromatocon columna de adsorde gel de sílice, lavado con éter de petróleo para eliminar impurezas, luego eluted con una mezcla de éter etílico y éter de petróleo, recoger en segmentos, destilados para eliminar el solvente, y obtener un aceite amarillo. Cristaliza con etanol anhidro para obtener cristales naranamarillos, es decir, coenzima Q10. Este método es un método de extracción clásico, aunque simple pero costoso.

Cromatode adsorción

La materia prima que contenía la coenzima Q10 se extrajo con una baja concentración de solución de etanol durante 3 ha 73 ℃. El extracto fue adsorbido por resina macropor, lavado con una baja concentración de etanol, eluted con n-etano, y concentrado, y el etanol fue removido para obtener la sustancia oleosa que contiene coenzima Q10. Según un informe japonés, la pureza de la coenzima Q10 fue 99,4% por cromatoen una columna de XAD de amberlita, seguida por una columna de Hipores Hp-20, elución con una solución acuosa de acetona 9:1, concentración y cristalización en etanol.

3. Aplicaciones médicas de la coenzima Q10

3.1 aplicaciones clínicas de la coenzima Q10 en enfermedades cardiovasculares

La enfermedad Cardiovascular es la principal aplicación de la coenzima Q10, Folkers K et al[11] encontraron que el miocardio de pacientes con enfermedad cardíaca ha reducido la actividad de la coenzima Q10, la estenosis arterial, la atresia y otras deficiencias de la coenzima Q10. Después de la administración oral de la coenzima Q10, se absorbe a través de los linfáticos entra en la mitocondria de las células, y luego actúa directamente sobre el corazón isquémico, lo que puede mejorar la utilización de oxígeno.

La coenzima Q10 es eficaz en cardiopatía isquémica, hipertensión y síntomas reumáticos de insuficiencia cardíaca congestiva (edema, congestión pulmonar, hepatomegalia y angina)[12]; La adición de la coenzima Q10 a la terapia farmacológica antiisquémica antimiocárdica convencional puede reducir significativamente el número de episodios de angina, reducir la dosis de nitrato y mejorar la tasa de conversión a alteraciones isquisqus-t y de la onda t en la tolerancia al ejercicio [13]. La coenzima Q10 es eficaz en el tratamiento de la angina de pecho. La coenzima Q10 también es eficaz en el tratamiento de la hipertensión y su efecto antihipertenes es relativamente leve sin efectos secundarios adversos.

La posible explicación de la disminución de la presión arterial por la coenzima Q10 es que actúa como un antioxidante cardiovascular y actúa directamente sobre la pared vascular para eliminar los peróxidos o inhibir su síntesis en la vasculatura. Al mejorar la eficiencia de transporte de electrones de alta energía desde el citoplasma a la cadena respirmitocon, la coenzima Q10 reduce los niveles citoplasde la coenzima I reducida (NADH) y elimina el potencial reducido que impulsa la síntesis de peróxido en el endotelio y el músculo liso vascular.14 La coenzima Q10 también se sabe que disminuye la presión arterial en pacientes con hipertensión.

Ciertos fármacos antihipertensivos pueden exacerbar la deficiencia de la coenzima Q10 en el corazón de los pacientes hipertensos, y la coadministración de la coenzima Q10 con fármacos antihipertensivos no solo aumenta el efecto antihiperten, sino que también previene los efectos secundarios de los fármacos. La coenzima Q10 tiene un efecto protector sobre el miocardio en la insuficiencia cardíaca congestiva, miocardiopatía, enfermedad coronaria, infarto agudo de miocardio y otras disfunciones cardíacas [15]. La coenzima Q10 puede reducir la lipoproteína y la insulina plasmática, inhibir la oxiddel colesterol y prevenir la aterosclerosis arterial. En conclusión, la eficacia clínica de la coenzima Q10 en la enfermedad cardiovascular se debe principalmente a su mejora en la producción de energía miocárdica, su actividad antioxidante y sus propiedades estabilidel biofilm [16].

otros Aplicaciones médicas de la coenzima Q10

Los estudios han demostrado que la coenzima Q10 tiene efectos antitumorales en animales de experimentación. Geng Ailian et al[17] informaron que la suplementación dietética de coenzima Q10 podría reducir significativamente la morbilidad y mortalidad de la ascitis en pollos de engor, y reducir la fragilidad osmótica de los eritrocitos en pollos de engor(EOF) (p ≥ 0.05). Las mitocondrias de las células cancerosas del hígado humano, del estómago y del intestino tienen una deficiencia significativa en la coenzima Q10, y las células de hemoglobina de los pacientes de cánceres avanzados también tienen una deficiencia en la coenzima Q10 de cerca de 50%, por lo que la administración de la coenzima Q10 a los pacientes con ciertos tumores puede estabilizar sus afecciones y prolongar sus vidas. La coenzima Q10 también se ha utilizado en la protección de la neumonía, la hepatitis B y la enfermedad renal [18].

Coenzima Q10Es eficaz en el tratamiento del escorbuto, diabetes mellitus, miastenia grave progresiva, úlceras duodenales y gástri, periodontitis necrotiz, y hepatitis viral. También es eficaz en el tratamiento de la alopecia redonda, enfisema, y discapacidad auditiva. En los últimos años, la coenzima Q10 también ha demostrado ser eficaz en el tratamiento del sida. La coenzima Q10 también ha mostrado resultados prometedores en la lucha contra el envejecimiento. Por lo tanto, además de jugar un papel terapéutico importante en algunos tratamientos alternativos, CoQ10 es también un medicamento complementario con una amplia gama de aplicaciones.

Referencias:

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