Coenzyme Q10 (CoQ10) hay còn gọi là coenzyme E10 Ubidecarenon là một trong các hợp chất ubiquinone, tan trong chất béo và hoạt động như một tác nhân chuyên chở electron trong các ty lạp thể tế bào, là một chất chống oxy hóa tự nhiên và một phần cần thiết của quá trình chuyển hóa năng lượng của tế bào.
Ubiquinone – theo tiếng Latinh “ubique” nghĩa là có mặt ở khắp mọi nơi – do đó, coenzyme Q10 hiện diện khắp nơi trong cơ thể và là điều kiện tiên quyết cho sự tồn tại và phát triển của mỗi tế bào.
Tất cả các loài động vật, bao gồm cả con người, có thể tổng hợp ubiquinones. Coenzyme Q10 có thể tồn tại dưới 3 trạng thái oxy hóa: dạng ubiquinol giảm hoàn toàn (CoQH 2), các gốc tự do semiquinone trung gian (CoQH), và các dạng ubiquinone đầy đủ oxy hóa (Coq).
– Người bình thường hằng ngày cần từ 5-10mg Co Q10, chủ yếu do nguồn thực phẩm. Co Q10 có trong rau, đậu, thịt, cá, trứng, sữa, gan, tim với hàm lượng nhỏ.. Cơ thể có tỷ lệ tổng hợp được Co Q10 từ tyrosin nhưng quá trình sinh tổng hợp này cần thêm một số chất khác như: taurin, methionin, các sinh tố B5, B6, B12, C, acid folic, selen… Nếu thiếu một trong bất kỳ chất nào trên cũng làm quá trình sinh tổng hợp bị ngưng trệ. Mức Co Q10 nội sinh thay đổi theo tuổi, 20 tuổi mức cao nhất, sau đó giảm dần.
3.công dụng
– Co Q10 có vai trò như những điểm trung chuyển năng lượng để phân phối đến tất cả các tế bào trong cơ thể. Co Q10 là yếu tố kết hợp (cofactor) của ít nhất 3 enzyme tại ti thể của mỗi tế bào để tạo ra ATP. Đây là giai đoạn cuối cùng của một quá trình phức tạp, trong đó năng lượng được hấp thu từ thức ăn, dẫn đến việc sản xuất các ATP. Tại ty thể của tế bào, CoQ10 hoạt hóa quá trình sinh năng lượng, tăng cường tổng hợp ATP và khả năng sử dụng oxy của tế bào.
Đến 95% năng lượng hằng ngày của cơ thể được hoạt hóa bởi Co Q10. Sự thiếu hụt chất này sẽ gây ra các rắc rối về chuyển hóa và sinh bệnh tật. Đặc biệt là ảnh hưởng nghiêm trọng tới tim vì nhu cầu Co Q10 của tim gấp 10 lần các cơ khác.
Tác dụng của Co Q10
 |
– Giảm nguy cơ tai biến tim mạch: Các nghiên cứu chỉ ra rằng Co Q10 làm tăng cường sản xuất năng lượng, cải thiện sự co bóp của cơ tim nhanh và mạnh, giúp sự hô hấp tế bào cơ tim, ngăn cản virut gây viêm tim.. Thường dùng trong các triệu chứng liên quan đến suy tim có sung huyết nhẹ và vừa, bệnh cơ tim, cao huyết áp, đau thắt ngực ổn định, rối loạn nhịp tâm thất ở những bệnh nhân đang được điều trị với phác đồ chuẩn.
Năm 1994 Langsjoen và cộng sự đã công bố tổng kết tám năm nghiên cứu về tính hữu ích của CoQ10 trong tim mạch lâm sàng. Theo đó 424 bệnh nhân với các hình thức khác nhau của bệnh tim mạch được bổ sung CoQ10 thêm vào chế độ thông thường với liều hàng ngày trung bình = 242 mg,. Bệnh nhân được theo dõi trung bình 17,8 tháng và đáp ứng lâm sàng được đánh giá theo Hiệp hội tim mạch New York( NYHA ): 58% cải thiện ở mức I NYHA , 28% ở mức II, và 12% ở mức III. Ngoài ra, 43%bệnh nhân không phải dùng 1 đến 3 loại thuốc khác. Không có tác dụng phụ được báo cáo.
Sau đó, nhiều nghiên cứu khác đã chứng minh lợi ích bổ sung CoQ10 cho tim mạch khác nhau: suy tim mãn, bệnh cơ tim, suy tim sung huyết …Nghiên cứu cũng cho thấy mức độ CoQ10 bị cạn kiệt trong cả huyết thanh và mẫu mô cơ tim của bệnh nhân.
– Kích thích hệ thống tế bào miễn dịch: Co Q10 làm tăng cường hoạt động thực bào
của các đại thực bào và bạch cầu hạt làm chậm quá trình phát triển thành bệnh AIDS đối với người nhiễm HIV. Thường những bệnh nhân HIV có nồng độ Co Q10 thấp thì nhanh phát triển thành bệnh AIDS hơn người có HIV nhưng có nồng độ Co Q10 cao. Tỷ lệ T4/T8 tăng ở những bệnh nhân AIDS được bổ sung 200 mg / ngày.
– Giảm cholesterol máu (trong rối loạn lipid máu): Nghiên cứu hiện tượng mù đôi, đối chứng giả dược có kiểm soát trên 25 bệnh nhân HIV loạn dưỡng lipid với 200ng CoQ10 thấy hiệu quả rõ rệt.
– Chống oxy hóa, chống gốc tự do : phối hợp với một số chất khác như các vitamin: E, C, để giúp cơ thể trẻ, khỏe, ngừa ung thư. Các nghiên cứu nhận thấy Co Q10 là 1 trong 5 chất cơ bản nhất chống oxy hóa
với khả năng chống gốc tự do (nguyên nhân của hiện tượng lão hóa, nguồn gốc của một số bệnh như ung thư, suy giảm trí nhớ …
-Cải thiện tình hình ở những bệnh nhân loạn dưỡng cơ, đặc biệt với các bệnh nhân đang dùng statin.
– Giải phóng năng lượng thừa, ngăn ngừa béo phì và việc tích mỡ có hại cho phủ tạng. Có báo cáo nêu: một số bệnh nhân béo phì đã giảm được 8kg trong 9 tuần dùng Co Q10
-Trong hoạt động thể thao, Co Q10 có tác dụng rất tốt cho việc tối đa hóa việc sản xuất năng lượng trong cơ bắp của vận động viên, không liên quan gì tới doping vì nó là một chất tự nhiên, không phải là chất kích thích.
– Bằng chứng mới cho thấy cao hơn liều lượng hàng ngày của CoQ10 có thể đem lại lợi ích cho sức khỏe tim, não, phổi, hệ thống miễn dịch, cơ bắp, răng miệng, mệt mỏi mãn tính, hỗ trợ điều trị parkinson, cải thiện chất lượng tinh trùng ở nam giới…
Liều điển hình của CoQ10 cho hầu hết các điều kiện là 30-200mg/ngày, chia làm nhiều lần. Trừ trường hợp ngoại lệ như 390mg/ngày với bệnh nhân ung thư vú và 400-2400mg/ngày với parkinson…
4.Lịch sử nghiên cứu, quy trình tách chiết sản xuất.
Lịch sử
Năm 1957 CoQ10 lần đầu tiên được phân lập từ ty thể tim bò bởi Tiến sĩ Frederick Crane Bang Wisconsin-Hoa Kỳ. Cùng năm đó, Giáo sư Morton của Anh cũng phát hiện ra CoQ10 ở gan chuột thiếu vitamin A và giới thiệu tên ubiquinone, quinone có nghĩa là phổ biến.
Năm 1958, Giáo sư Karl Folkers và các cộng sự tại Merck, Inc , xác định được cấu trúc hóa học của CoQ10 chính xác : 2,3 dimetoxy- 5 – methyl 6 decaprenyl benzoquinone, và là người đầu tiên để sản xuất nó bằng quá trình lên men.
Vào những năm giữa thập niên 1960 , Giáo sư Yamamura của Nhật Bản đã trở thành người đầu tiên trên thế giới sử dụng coenzyme Q10 trong việc điều trị suy tim sung huyết và thấy có dấu hiệu khả quan. Đến giữa những năm 1970 , người Nhật hoàn thiện công nghệ công nghiệp sản xuất CoQ10 nguyên chất với số lượng đủ để thử nghiệm lâm sàng lớn.
Năm 1972 TS. Karl Folkers đã phát hiện sự thiếu hụt Co Q10 ở những bệnh nhân tim mạch khi so với người bình thường
Năm 1978 sau khi Peter Mitchell nhận Giải Nobel bởi những nghiên cứu về dẫn truyền năng lượng sinh học thông qua việc xây dựng lý thuyết hoá thẩm (bao gồm vai trò quan trọng của CoQ10 trong hệ thống dẫn truyền năng lượng) đã có sự gia tăng đáng kể về số lượng các nghiên cứu lâm sàng thực hiện liên quan đến CoQ10 từ sự sẵn có của CoQ10 tinh khiết với số lượng lớn từ các công ty dược phẩm Nhật Bản, cùng với khả năng đo lường trực tiếp CoQ10 trong máu và mô bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao. Sau đó những nghiên cứu của Lars Ernster (Thụy Điển) đã mở rộng tầm quan trọng của CoQ10 như một chất chống oxy hóa và gốc tự do.
Từ năm 1980 trở đi, việc nghiên cứu về Co Q10 được triển khai ở nhiều nước. Ít nhất đã có 10 hội nghị khoa học quốc tế bàn về dược tính và việc ứng dụng Co Q10 trong y dược học khác.
Các sản phẩm liên quan tới CoQ10 đã được sản xuất và sử dụng rộng rãi. Hiện nay trên thế giới có khoảng 40 triệu người bị bệnh tim dùng Co Q10 thường xuyên, riêng ở Nhật đã là trên 15 triệu người; không kể tới sức tiêu thụ khổng lồ bởi các công dụng khác như làm đẹp…
Sản Xuất
Do có cấu trúc phức tạp nên khó tổng hợp Coenzyme Q 10 bằng phương pháp hóa học. Sản xuất thương mại bằng cách chiết xuất từ mô động vật đã từng được sử dụng nhưng năng suất rất thấp và tốn kém.
Hiện nay CoQ10 được sản xuất chủ yếu bằng con đường sinh học nhờ vi khuẩn như A. tumefaciens, P. denitrificans, Cryptococcus laurentii, Tricosporon sp., Sporobolomyces salmonicolor, Rhodobacter sphaeroides,… được nuôi trong môi trường dinh dưỡng có chứa nguồn carbon, nitơ, muối vô cơ và chất dinh dưỡng hữu cơ. Nguồn carbon có thể đồng hóa thích hợp là carbohydrate như đường hoặc tinh bột thủy phân; axit hữu cơ như axit axetic, axit fumaric, axit maleic hoặc axit lactic; rượu như ethanol hay propanol và các loại khí hydrocarbon hoặc chất lỏng . Nguồn nitơ đồng hóa thích hợp là hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ như axit amin, polypeptone, chiết xuất protein đậu nành,sữa đậu nành,urê, ammonium sulfate, amoni clorua, amoni phosphate, dung dịch nước và khí amoniac; lượng nhỏ các hợp chất hữu cơ như nấm men, chiết xuất thịt, chiết xuất mạch nha…
Các vi sinh vật được nuôi ở pH 2-8, ở 20 đến 37C, từ 10 đến 50 giờ trong điều kiện hiếu khí. Khi độ pH của môi trường thay đổi vượt quá pH thuận lợi, sự tăng trưởng của vi khuẩn bị ức chế, pH được điều chỉnh bằng cách thêm một hợp chất có tính axit hoặc kiềm.
Tế bào vi khuẩn phát triển trong dịch nuôi cấy có thể được thu hồi bằng cách ly tâm hoặc lọc. Các tế bào vi khuẩn có chứa một lượng lớn các coenzyme Q có thể được sử dụng như các chất dinh dưỡng và thuốc. Coenzyme Q10 cũng có thể được phân lập từ tế bào bằng phương pháp thông thường. Ví dụ, các tế bào vi sinh vật có thể được đun hồi lưu tại nhiệt độ thích hợp trong khoảng một giờ trong hỗn hợp của rượu béo thấp, natri hydroxit và pyrogallol. Coenzyme Q giải phóng được chiết xuất bằng dung môi như n-hexane hoặc dầu nhẹ, và chất rắn được loại bỏ bằng cách lọc. Dung môi được tập trung và tinh chế bằng silicagel .
Coenzyme Q10 thu được được xác định bằng sắc ký giấy, sắc ký lớp mỏng, phân tích cơ bản, điểm nóng chảy, quang phổ hấp thụ hồng ngoại, tia cực tím và khối phổ.
Để nâng cao hiệu quả sản xuất CoQ10, từ những năm 1993, nhiều nghiên cứu trên thế giới đã tập trung vào tối ưu hóa quá trình lên men chủng tự nhiên hoặc cải biến chủng. Việc cải biến chủng được thực hiện bằng cách gây đột biến ngẫu nhiên hoặc tạo chủng tái tổ hợp. Mặc dù các chủng đột biến có khả năng tổng hợp CoQ10 tăng, tuy nhiên các chủng này khó có thể cải biến để tăng thêm hiệu suất. Hiện nay nhiều nghiên cứu đã và đang tập trung vào việc tạo chủng E. coli tái tổ hợp mang gen mã hóa một số enzyme quan trọng của con đường sinh tổng hợp CoQ10 như dxs, dps. Tuy nhiên, khả năng tổng hợp CoQ10 còn thấp so với các chủng đột biến. Ngoài ra, các chủng E. coli tái tổ hợp không chỉ tổng hợp CoQ10 mà còn tổng hợp cả CoQ8 và CoQ9. Đây là điều bất lợi đặc biệt là khi sản xuất ở quy mô công nghiệp vì cần rất nhiều bước tinh sạch và hoàn thiện sản phẩm. Vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens là một trong những vi khuẩn đang được sử dụng để sản xuất CoQ10 hiện nay do chúng có nhiều ưu điểm như có hàm lượng CoQ10 tương đối cao so với các vi sinh vật khác, chỉ tổng hợp CoQ10, môi trường nuôi đơn giản, rẻ tiền, phù hợp sản xuất ở quy mô công nghiệp.
Chiến lược sử dụng chính chủng Agrobacterium tumefaciens làm chủng chủ để cải biến gen tạo chủng tái tổ hợp có khả năng tổng hợp CoQ10 tăng lên là một giải pháp khả thi và đã bước đầu thành công bởi nhóm nghiên cứu tại Hàn Quốc năm 2008.
Hiện nay một số nhà khoa học trong nước đã phân lập thành công được một số chủng Agrobacterium tumefaciens tại Việt Nam có khả năng sinh tổng hợp CoQ10 cao hơn các công bố trên thế giới và tiến hành ứng dụng các kỹ thuật sinh học phân tử để tạo ra các chủng tái tổ hợp sinh tổng hợp CoQ10 cao nhất.
Sinh tổng hợp CoQ10 ở sinh vật