Ubikinoni

Ubikinoni eli koentsyymi Q10 (CoQ10) tai ubidekarenoni on 1,4-bentsokinonin johdannainen. Siinä 2,3-dimetoksi-5-metyyli-1,4-bentsokinoni, jossa on kymmenen isopreenin trans-isoprenoidiketju. Bentsokinonin karbonyylit voivat pelkistyä, joten ubikinonilla on kaksi pelkistynyttä muotoa: ubikinoli (CoQ10H2) ja semikinoni (CoQ10H•), joka on radikaali. Synteettisissä muodoissa voi olla myös cis-sidoksia.

Isoprenoidiketjun pituus vaihtelee eliölajeittain, mutta ihmisillä yleisin on kymmenen isopreenin ubikinoni. Ihmiset ja kaikki eläimet tuottavat ubikinonia tai sen isopreenijohdannaisia. Nämä toimivat eläimillä hapetus-pelkistysreaktioiden kautta osana energian eli ATP:n tuottoa elektroninsiirtoketjussa ja kinolimuodossa solujen lipidikalvoja härskiintymiseltä suojaavana hapettumisenestoaineena. Ihmisillä kehon ubikinonituotto on normaalisti riittävää, mutta ubikinonin synnynnäinen puutos aiheuttaa vakavia sairauksia.

Ubikinonia ja ubikinolia myydään Suomessa ja monissa muissa maissa lisäravintoaineena. Suomessa sitä ei käytetä lääkkeenä.

Kemia
Ubikinoni on oranssi jauhe. Se on hajuton ja mauton. Se on rasvaliukoinen ja liukenee erittäin hyvin dodekaaniin, kloroformiin ja bentseeniin. 20 °C:ssa se liukenee asetoniin, (35 g/l) heikosti etanoliin (5 g/l) ja on liukenematon veteen, 1,4-butaanidioliin ja formamidiin.

Ubikinoli liukenee 20 °C:ssa dodekaaniin (65 g/l), kloroformiin (277 g/l), bentseeniin (208 g/l), asetoniin (64 g/l) ja etanoliin (17 g/l) ja on liukenematon veteen, 1,4-butaanidioliin ja formamidiin.

Ubikinoni voi hajota hapen, UV-säteilyn tai korkean lämpötilan vaikutuksesta. Se ei ole kovin vakaa esimerkiksi noin 46 °C:ssa.

Toiminta eliöissä

Ubikinoni on välttämätön osa adenosiinitrifosfaatin (ATP) tuottoa eläinten mitokondrioissa. Niissä ubikinoni on osa elektroninsiirtoketjua. Reaktiossa ubikinoni vastaanottaa kaksi elektronia joko sukkinaattidehydrogenaasilta tai NADH-dehydrogenaasilta ottaen samalla vastaan kaksi protonia mitokondrion matriksin sisältä. Reaktiossa ubikinoni muuntuu ubikinoliksi. Ubikinoli siirtää elektronit sytokromi bc1-kompleksille luovuttaen protonit mitokondrion ulkopuolelle hapettuen siten takaisin ubikinoniksi.

Ubikinonia ja ubikinolia on useissa lipidikalvoissa, kuten solujen lipidikalvoissa, veren lipoproteiineissa ja liposomeissa. Eläinsoluissa se on lähinnä ubikinolin muodossa. Ubikinoli toimii niissä lipidejä suojaavana hapettumisenestoaineena elektroneja ja protoneja luovuttaen joko suoraan tai epäsuoraan. Suoraan toimiessaan se neutraloi lähinnä lipidien peroksyyliradikaaleja. Epäsuoraan toimiessaan se neutraloi α-tokoferolin ja askorbaatin radikaaleja, jotka voivat neutraloiduttuaan taas toimia hapettumisenestoaineina. Neutraloinnissa ubikinoli hapettuu semikinoniradikaaliksi, joka voi hapettua edelleen ubikinoniksi. Ubikinoni ja semikinoni pelkistyvät takaisin ubikinoliksi lähinnä eri NAD(H)-dehydrogenaasien avulla.

Ubikinonin isoprenoidiketjun pituus vaihtelee eliölajeittain. Ihmiskehossa on lähinnä ubikinonia (CoQ10), mutta muilla nisäkkäillä yleisin muoto voi lajista riippuen olla yhdeksän isopreenin CoQ9. Rotilla tämä on yleisin. Se on yleisin myös Caenorhabditis elegans -madolla. Leivinhiivalla isopreenejä taas on 6 (CoQ6).

Puutos
Ubikinonin puutokset jaetaan kahteen joukkoon: ensisijaisiin ja toissijaisiin. Ensisijaiset johtuvat ubikinonin tuottoon suoraan osallistuvien geenien mutaatioista ja ne ovat äärimmäisen harvinaisia. Oireet ilmenevät usein jo vauvana. Oireet voivat olla vakavia, mutta ne riippuvat mutaatiosta. Oireina voi olla muun muassa ataksia, munuaisten vajaatoiminta tai erilaiset enkefalopatiat ja lihasongelmat.

Toissijaiset puutokset ovat yleisempiä ja ne johtuvat mistä tahansa muusta syystä kuin suorista ubikinonin tuottoon osallisten geenien mutaatioista. Toissijaiset puutokset liittyvät usein elektroninsiirtoketjuun vaikuttaviin mitokondriosairauksiin, jotka johtuvat tuman tai mitokondrion DNA:n mutaatioista. Esimerkkejä toissijaisesta puutoksesta ovat Kearns-Sayre-syndrooma ja Leberin tauti.

Ensisijaisia puutoksia voidaan pyrkiä hoitamaan ubikinonilla, mutta hoidon teho voi olla huono, vaikka tila olisi todettu jo varhaisessa vaiheessa. Taas esimerkiksi Leberin tautiin on kehitetty ubikinonin tapaan hapettumisenestoaineena toimiva idebenanoni. Se on hyväksytty EU:ssa lääkkeeksi Leberin taudin hoitoon.

Biosynteesi
Ihmisillä ubikinonin kinoni muodostuu normaalisti tyrosiinista tai fenyylialaniinista monivaiheisella synteesireitillä. Vaihtoehtoisesti kinoni voi olla peräisin tietyistä fenoleista tai polyfenoleista, kuten p-kumaarihaposta tai vanilliinihaposta. Isoprenoidiketju muodostuu mevalonaattia tuottavan reitin kautta. Esimerkiksi leivinhiivalla synteesi etenee samantapaisesti, mutta se voi tuottaa kinonin pienemmistä aineista korismaatin kautta tai vaihtoehtoisesti 4-aminobentsoehaposta.

Lisäravinteena

Ubikinonia ja ubikinolia myydään lisäravintoaineena monissa maissa, myös Suomessa.

Lisäravinteissa ubikinonia tai ubikinolia voi olla esimerkiksi 5–150 milligrammaa (mg) ja ne ovat usein kapseleissa liuotettuina rasvaliukoiseen nesteeseen, kuten ruokaöljyihin, tai tablettien muodossa. Lisäravinteiden todelliset pitoisuudet voivat kuitenkin vaihdella ja niissä voi olla myös paljon vähemmän ubikinonia tai ubikinolia, kuin mitä pakkauksessa on ilmoitettu.

Ubikinonia on myös ruuissa. Sitä on lähinnä lihoissa ja eritoten eläinten elimissä, kuten sikojen ja kanojen sydämissä, joissa sitä on noin 15 mg/100 g. Sen pitoisuudet ruuissa eivät ole ihmisten kannalta merkittäviä ja vasta noin 100 mg päivittäiset annokset ubikinonia lisäävät veren ubikinonipitoisuuksia huomattavasti. Nieltynä ubikinonin hyötyosuus on pieni ja voi vaihdella valmisteittain. Pienempiin kerta-annoksiin jaetut vuorokausiannokset imeytyvät tehokkaammin kuin kerran vuorokaudessa otetut suuret kerta-annokset.

Ihmiset sietävät ubikinonia hyvin ja jopa 3 600 mg päivittäisiä annoksia on käytetty ilman merkittäviä haittoja.

Terveysvaikutukset
Statiinien käyttö alentaa kehon ubikinonipitoisuuksia estämällä HMG-CoA-reduktaasia. Tämä on osa synteesireittiä, joka johtaa ubikinonin tuottoon vaaditun mevalonaatin muodostumiseen. Statiinien yleisimpiin sivuvaikutuksiin lukeutuvat lihaskivut ja muut lihasongelmat. Ongelmien ja ubikinonipitoisuuden laskun on teoretisoitu liittyvän toisiinsa, mutta todistamattomalla tavalla. Ubikinonin käyttöä statiinien sivuvaikutusten vähentämiseksi on siksi tutkittu. 2018 tehdyn meta-analyysin mukaan lihasongelmat voivat vähentyä päivittäisin 100–600 mg ubikinoniannoksin suhteessa lumelääkkeeseen. Analyysi ei ollut laaja: tutkimuksissa oli yhteensä 575 henkilöä, joista 281 sai lumelääkettä.

Ubikinonin vaikutusta myös sydämen vajaatoimintaan liittyvään kuolleisuuteen on tutkittu. 2017 tehdyssä meta-analyysissä tarkasteltiin sydämen vajaatoimintaa potevia, joista 904 sai ubikinonia ja 923 lumelääkettä henkilöä. Kuolleisuus oli 30–100 mg/vrk ubikinonia saavilla 31 % alempi (riskisuhde 0.69). Analyysi ei ollut laaja.

Ikääntyessä ubikinonipitoisuudet alenevat. Seleenin saanti voi olla tietyissä maissa myös vähäistä. Näiden vaikutusta on tutkittu muun muassa eräässä yksittäistutkimuksessa, jossa 443:sta keskimäärin 78-vuotiaasta 221 sai 200 µg/vrk seleeniä ja 100 mg/vrk ubikinonia neljän vuoden ajan. Loput saivat lumelääkettä. 12 vuoden kuluttua tutkimuksen alusta seleeniä ja ubikinonia saaneilla havaittiin 9,7 % alempi kuolleisuus. Otanta oli pieni, eikä ole varmaa vaikuttiko seleeni, ubikinoni vai molemmat kuolleisuuteen.

Historia
1950 G. N. Festenstein eristi pienen määrän ubikinonia hevosen suolikudoksesta Englannin Liverpoolissa. Jatkotutkimuksissa ainetta kutsuttiin substanssi SA:ksi, sen havaittiin muun muassa olevan kinoni ja että sitä on useilla eläimillä monissa kudoksissa.

1957 Frederick L. Crane ja kollegat eristävät Wisconsinin yliopistossa Madisonissa ubikinonia naudan sydämen mitokondriokalvoista ja osoittivat ubikinonin toimivan mitokondrioissa elektronien siirtäjänä. He havaitsivat pian aineen, jota he kutsuivat Q-275:ksi, olevan sama kuin Englannissa tutkittu aine. Myöhemmin samana vuonna aine nimettiin ubikinoniksi, sillä se oli kinoni ja sitä vaikutti olevan kaikissa eläinten kudoksissa (eng. ubiquitous, "kaikkialla oleva").

1958 Donald E. Wolf ja kollegat selvittivät aineen kemiallisen rakenteen Merckin laboratorioissa Rahwayssa Karl Folkersin alaisuudessa. Wisconsinin yliopiston tutkimusryhmään kuuluneet D. E. Green ja kollegat ehdottivat samana vuonna ubikinonin korvaavaksi nimeksi joko mitokinoni tai koentsyymi Q sen mitokondriotoimintojen takia.

1966 A. Mellors ja A. L. Tappel osoittivat Kalifornian yliopistossa ubikinonin toimivan soluissa hapettumisenestoaineena. Eritoten 1980-luvulle tultaessa ubikinoniin kohdistuvat kliiniset kokeet alkoivat yleistymään.

Lähteet

Aiheesta muualla
Linus Pauling Institute: Coenzyme Q10 
National Cancer Institute 
PubChem: Coenzyme Q10 
KEGG: Ubiquinone-10 
HMD: Coenzyme Q10 
FooDB: Ubiquinone 10 
DrugBank: Ubidecarenone 

Solubiologia
Biokemia
Seulonnan keskeiset artikkelit