l          CoQ10的生理功能 

CoQ10在人類的各種組織器官細胞之粒線體內至少扮演了下述的生理功能:

1、在細胞能量產生系統的呼吸鏈(respiration chain)裏,做為其中三種酵素複體complex Icomplex IIcomplex III的輔酶(Coenzyme)

2、在上述的呼吸鏈中,CoQ10除了做為輔酶外本身也做為電子傳遞的推動者或稱為火星塞(sparkplug)的角色。

3、做為自由基的清道夫(free radical scavenger),清除粒線體內的活性氧分子和自由基。

4、是粒線體的內膜與外膜中所含脂質抗氧化劑的主要組成份,足夠的Q10能讓粒線體膜上的機能健全與完整。

粒線體主要是藉由氧化磷酸化與呼吸作用偶合而產生以ATP為形式的能量。1978年英國生化學家Peter Mitchell以化學等滲壓運行理論(chemisomotic)闡明生物能量的傳遞原理,包括CoQ10在能量傳遞系統裡維持生命所必需的電子傳遞原動力角色,並因所做的貢獻而獲得諾貝爾獎。簡述如下:

粒線體的呼吸作用是利用氧(oxygen)NADH透過電子傳遞鏈(或稱為呼吸鏈)氧化的過程,粒線體的電子傳遞鏈是由Q10與四個酵素複體所組成,包括NADH-CoQ10 reductase <Complex I>succinate- CoQ10 reductase <Complex II>ubiquinol-   cytochrome c reductase <Complex III >cytochrome c oxidase <Complex IV>。由體外攝取之食物經消化分解成葡萄糖,脂肪酸和胺基酸後,以Acetyl CoA形式進入TCA cycle,經代謝利用所產生的NADHFADH2作為粒線體呼吸鏈的受質(substrate),分別提供電子穿過呼吸鏈的Complex III。在這兩個complexComplex III之間的電子傳送則由coenzyme Q10負責。而傳至Complex III的電子則利用cytochrome c傳給Complex IV,最後氧分子從Complex IV接受電子。在電子傳遞的過程中,Complex IIIIIV會將質子(protons)打出粒線體的內膜,這些質子再藉由質子漏(proton leak)F0F1-ATP生合成酵素(F0F1-ATPase or Complex V)回至粒線體的內膜中。而ATP生合成酵素(F0F1-ATPase)便是在將質子送回內膜的同時與基質中的磷酸根及ADP合成ATP,粒線體所製造的ATP可提供細胞中大量的生理與生化的需求。

 在呼吸鏈裏,CoQ10除了本身做為電子傳遞鏈裏的一員外,也是Complex I (NADH-CoQ10 reductase)Complex II (succinate- CoQ10 reductase)Complex III (cytochrome c reductase),的輔酵素(coenzyme),突顯CoQ10在粒線體的能量生成系統裏,扮演舉足輕重的地位而且無可取代。

2、做為清除自由基的清道夫(free radical scavenger) 

    來自活性氧分子與自由基的氧化壓迫(oxidative stress),是粒線體的致命傷。瑞典的Lars Ernster教授回顧整理CoQ10做為抗氧化劑(antioxidant)和自由基清除劑(free radical scavenger)的機制與重要性,刊載於著名期刑Biochimica et Biophysica 1271(1995)195-204CoQ10做為自由基清除劑,是因其具有如下式所示的氧化還原的可逆反應特性。

粒線體在生成能量的過程中,為維持膜電位差與人體體溫,必然伴隨生成活性氧分子及自由基,而造成對細胞的氧化壓迫,導致粒線體DNA的突變。粒線體為降低氧化壓迫而啟動抗氧化的防禦系統,抗氧化系統分為抗氧化酵素(antioxidant enzymes)系統,和抗氧化化合物(antioxidant compound)系統,前者如glutathion peroxidasecatalase,後者如CoQ10α-tocopherol等。事實上這兩個抗氧化系統是以協同作用方式運作而不是獨立的。B.L. TrumpowerJ.Biol.Chem.265(1990)11,409-412發表「質子動力的Q cycle(protonmotive Q cycle)」理論,闡釋抗氧化系統的協作模式,清楚的說明CoQ10在抗氧化系統的功能角色。

在抗氧化系統裏,似手看不到α-tocopherol的角色。但在許多的研究報告裏卻可發現細胞的脂溶性抗氧化劑包含了CoQ10α-tocopherol1996年,Y.Zhang等人在J.Nutr.126(1996),2089-2097,指出CoQ10α-tocopherol是呈現在所有動物包括人類器官的二個主要脂溶性抗氧化劑。

活動力越大的器官,CoQ10的含量越高,且CoQ10/α-tocopherol的比值越大,在粒線體的內膜與外膜裏,其比值甚至高達30,除了突顯CoQ10在粒線體內扮演能量產生的推手與清除活性氧分子的重要功能外,也顯示α-tocopherol是不可或缺的。

     日本東京大學Etsuo Niki教授等人在對CoQ10的抗氧化的動力學進行再評價時,指出在氧基團(oxygen radicals)的反應活性及其氫活性上,CoQ10都高於α-tocopherol。然而CoQ10卻很容易經由自身氧化(autoxidation)而失去抗氧化的活性。α-tocopherol則可壓制CoQ10的自身氧化,而且結合在一起時可以展現強而有力的抗氧化效率。[Biofactors 9(1999)141-148]。英國倫敦國王學院的Peter J. Quinn 等人指出Vit E做為抗氧化劑的功能,是與粒線體內膜的電子傳遞系統的功能合而為一的,而貫穿這兩種功能路徑的焦點就是CoQ10,在粒線體內膜傳送電子的線管(conduits)裏,維他命E的再生與CoQ10間的關連。這相互倚賴的路徑具有下述功能,首先是透過電子傳送路徑再生Vit E,用來貯藏細胞裏面的其他還原性物質,譬如維他命C和肤胱甘肽(glutathione)等。在細胞遭受氧化壓迫時,這路徑僅限定於維獲還原態的維他命E。另外就是透過活性的還原態維他命E物類與CoQ10物類(QQH2)的提供,使電子傳送系統製造具有良好用處的超氧化物而不是製造有害的物質。 

    總而言之,粒線體內的活性氧分子與自由基等有害物質,是透過CoQ10與抗氧化酵素,在粒線體內膜上以Q cycle的路徑協同清除。而CoQ10的抗氧化效率則透過Vit E在粒線體膜上協作而維持。

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