輔酶Q(coenzyme Q)又稱泛醌(ubiquinone),是一種脂溶性輔酶,廣泛存在于線粒體中。它是細胞呼吸鏈的組成成分,起著傳遞氫和電子的作用。
輔酶Q10
輔酶Q的化學結構包括一個取代的1,4-苯醌和一條萜類側鏈。不同生物的輔酶Q側鏈長度不同,人類的輔酶Q側鏈是五萜,即含有10個異戊二烯單位,所以稱為輔酶Q10。
輔酶Q有三種氧化還原狀態(tài):氧化型的泛醌、還原型的泛醇以及中間狀態(tài)的半醌自由基。因此,它可以攜帶兩個電子,是一種氧化還原載體。在呼吸鏈中,輔酶Q是唯一的非蛋白氧化還原載體。它的分子小,又是脂溶性的,所以可在膜中迅速移動。這些特性使它在電子傳遞鏈中處于中心地位,接受各種黃素酶類脫下的氫和電子,然后向下傳遞。
泛醌接受2個電子,被還原成泛醇
在呼吸鏈中,復合體Ⅰ(NADH:輔酶Q 氧化還原酶復合體)從NADH得到兩個電子,經鐵硫蛋白傳遞給輔酶Q。復合體Ⅱ(琥珀酸脫氫酶)從琥珀酸得到電子,也傳遞給輔酶Q。輔酶Q將從這兩個復合體接受的電子傳遞給復合體Ⅲ(輔酶Q:細胞色素C氧化還原酶復合體),最后傳遞給氧。
輔酶Q在呼吸鏈中處于核心位置。引自維基百科
電子從復合體Ⅰ傳遞到輔酶Q是一個放能過程,每傳遞一對電子可以將4個質子泵到線粒體的內膜與外膜之間,從而建立起跨膜質子梯度。線粒體就是利用這個質子梯度來推動ATP的合成,這是化學滲透學說的基本要點。關于質子轉位的詳細過程,有不同的理論,有的認為是一次完成4個質子的易位,有的認為是分兩次進行的。目前根據對原核生物線粒體復合物Ⅰ晶體結構的研究,以及其它相關證據,認為復合體Ⅰ的幾個亞基在線粒體內膜上形成4個質子通道。電子由FMN通過鐵硫簇傳遞到輔酶Q,會引起質子通道的構象變化,最終完成質子易位。
一對電子從復合體Ⅰ傳遞到輔酶Q,泵出4個質子。引自BBA-Bioenergetics 1859 (2018)
總之輔酶Q參與細胞的有氧呼吸過程,與ATP的形成關系密切。人體中大部分的能量都是通過呼吸鏈產生的。所以,輔酶Q的缺乏會導致能量供應障礙。因此,那些能量需求較高的器官,如心臟、肝臟和腎臟等,更容易受到輔酶Q缺乏的影響。在20世紀70年代早期,就觀察到輔酶Q的缺乏與人類心臟病有關。
目前有許多輔酶Q與心臟病、癌癥、他汀類藥物副作用以及抗氧化等方面的研究與應用,但也有許多不同的結論。比如癌癥方面,據維基百科報道,“美國癌癥協會的結論,輔酶Q10可以降低化療和放射治療的功效,所以大多數腫瘤學家會建議癌癥治療過程中避免使用”。而且,作為藥品的輔酶Q10是屬于處方藥的,需要在醫(yī)生指導下服用。所以,如果以治療疾病為目的,要去正規(guī)醫(yī)院治療,不可隨意自行服藥。