Technologie de préparation de Coenzyme Q 10 et son Application en médecine

Coenzyme Q Q 10, also known as ubiquinone, is a fat-soluble quinone compound that is widely distributed in nature, mainly in yeast, plant leaves, and seeds, and in the cells of the heart, liver, and kidney of animals. It was first isolated from bovine heart muscle by Frederick in 1957.

Coenzyme Q 10 est un membre important de la chaîne respiratoire mitochondriale. Il se lie à la membrane interne mitochondriale et est impliqué dans la phosphorylation oxydative cellulaire et la production d’atp. Coenzyme Q 10 est un antioxydant naturel de la cellule elle-même et un stimulant du métabolisme cellulaire. Il est également associé au système réticulo-endothélial et peut améliorer l’immunité [1]. En tant que seule substance de coenzyme Q dans le corps humain, métabolisme anormal de coenzyme Q 10 a été associé à de nombreuses maladies dans le corps humain et la supplémentation artificielle de coenzyme Q10 peut soulager de nombreuses maladies [2-3].

Des études menées au cours des années ont montré que la Coenzyme Q 10 est un bon adjuvant pour les maladies cardiaques, protégeant le cœur pendant la chirurgie cardiaque sans effets toxiques ou secondaires. Depuis 1977, de nombreux symposiums internationaux ont été organisés pour étudier ses propriétés biologiques et ses applications cliniques [4], et l’évaluation de son efficacité dans des applications pratiques a augmenté de jour en jour. Par conséquent, le développement de la coenzyme Q10 a une large perspective de marché.

1. Propriétés physiques et chimiques de la Coenzyme Q 10

La Coenzyme Q est une famille de quinones liposolubles dont la structure chimique est illustrée à la Figure 1. 10 est le nombre d’unités d’isoprénoïdes dans la chaîne latérale de la Coenzyme Q. la Coenzyme Q se trouve dans un large éventail d’animaux, de plantes et de micro-organismes dans la nature. Parmi les substances découvertes, les cinq membres naturels de la coenzyme Q, à savoir Q6, Q7, Q8, Q9 et Q10, ont des propriétés physiques et chimiques similaires. En effet, ils partagent le même anneau parent et ne diffèrent que par la longueur de la chaîne isoprénoïde des chaînes latérales [5]. De plus, la coenzyme Q13 a été trouvée dans une souche mutante d’escherichia coli.

Fig.1 - evolution de la  Le conseil des ministres Structure chimique de Coenzyme Q 10

Coenzyme Q 10 a la formule moléculaire C59 H90 O4 et la masse moléculaire est 863,36u. C’est un cristal jaune orangé à température ambiante avec un point de fusion de 49°C. Il est inodore et insipide. Il est inodore et insipide. Il se décompose facilement dans une couleur rougeâtre sous la lumière et est stable à la température et l’humidité. En raison de sa longue chaîne latérale de type isoprène, il est soluble dans le chloroforme, le benzène et le tétrachlorure de carbone, soluble dans l’acétone, l’éther de pétrole et l’éther, légèrement soluble dans l’éthanol, insoluble dans l’eau et le méthanol.

2. Méthode de préparation de Coenzyme Q10

Il existe trois méthodes principales pour la préparation de la coenzyme Q10, à savoir l’extraction de tissus végétaux et animaux, la fermentation microbienne et la synthèse chimique. Dans le passé, il y avait aussi une méthode de culture de cellules végétales, l’utilisation de la technologie de culture de cellules de tabac pour préparer la coenzyme Q10, qui est l’un des produits du développement de la technologie de culture de cellules végétales, à partir des cellules de culture de tabac pour obtenir des cristaux de coenzyme Q10. Cependant, le coût de production de cette méthode est élevé et ne convient pas à la production industrielle, de sorte que les rapports pertinents de cette méthode sont rares ces dernières années [6].

2.1 synthèse chimique

Le Japon a été le premier pays à développer la Coenzyme Q10, produite par synthèse chimique par Nisshin Corporation. Dans la synthèse chimique de la Coenzyme Qn, le 2,3-diméthoxy-5-méthyl 1,4-benzoquinone, également connu sous le nom de Coenzyme Q10, est l’intermédiaire nécessaire. La principale méthode de synthèse est l’oxydation du 3,4,5-triméthoxytoluène. Il existe deux méthodes principales rapportées dans la littérature: l’une est la méthode d’oxydation du persulfate d’ammonium, en raison de l’utilisation du milieu d’acide sulfurique, la solution de réaction est de couleur très sombre, l’extraction et la séparation est difficile, la pureté du produit est faible, et le dosage de l’acide acétique est très important; L’autre est la méthode d’oxydation par peroxyde d’hydrogène, qui adopte l’acide hétéropolymère comme catalyseur et l’acide formique comme solvant, et oxyge la solution réactionnelle avec du peroxyde d’hydrogène de 500mL/L, puis analyse la solution réactionnelle par analyse de colonne, avec un rendement allant jusqu’à 85% [7]. Cependant, parce que l’acide peroxyformique généré dans la réaction est extrêmement instable, la réaction est rapide, la température de réaction est difficile à contrôler, et un grand nombre de sous-produits sont générés, qui doivent être séparés par chromatographie sur colonne, et il n’est pas facile de réaliser la production industrielle.

2.2 Fermentation microbienne

Currently, the most promising method is microbial fermentation, and the key technology of this method is the production capacity of coenzyme Q10-producing bacteria and how to extract coenzyme Q10 from the fermented bacteria....... De nombreux microorganismes peuvent être utilisés pour produire la coenzyme Q10 (tableau 1) [8-9]. Comme le montre le tableau, la distribution de la coenzyme Q10 est hétérogène parmi les micro-organismes, avec l’absence de coenzyme Q10 dans les cellules qui ne nécessitent pas de respiration aérobie, comme les bactéries gram-positives, et la présence de concentrations élevées de coenzyme Q10 dans les bactéries gram-négatives. Comme la coenzyme Q10 est composée d’un cycle aromatique et d’une chaîne latérale isopentenyle, le cycle aromatique doit d’abord être synthétisé dans le micro-organisme. Il existe deux voies de synthèse, l’une à partir de l’acide mangiferolique via l’acide p-hydroxybenzoïque, et l’autre à partir de l’acide acétique acétone.

Tableau 1 teneur en Coenzyme Q10 de certains microbes

In 1977, Japan realized the first fermentation method for the production of Coenzyme Q10, but the efficiency was low and the production cost was high. Nowadays, with the rapid development of bioengineering, especially genetic engineering, the production process of Coenzyme Q10 has made great progress. For example, R. spheroides co22-11 (FERM-p6008) was cultured in a sterile medium containing 30 g/L molasses, 30 g/L glucose, 20 g/L yeast paste, 5 g/L ammonium sulfate and 20 g/L calcium carbonate at 30 ℃ for 3d~7d, and the final fermentation broth contained 300mg/L of coenzyme Q10, which is double the amount of fermentation of the common producer. The fermentation broth contained 300 mg/L of Coenzyme Q10, which was 2-5 times the fermentation volume of the common producer bacteria. Therefore, the insertion of the target gene is more favorable for the accumulation of Coenzyme Q10 in the bacteria and the enhancement of the fermentation efficiency[10].

Ces dernières années, la recherche sur la fermentation et l’extraction microbienne a progressé en Chine, principalement au laboratoire d’ingénierie pharmaceutique de l’université de technologie chimique de pékin et à l’école supérieure de l’académie chinoise des Sciences. Cependant, en raison du problème de souche bactérienne, la teneur en coenzyme Q10 dans le liquide bactérien est très faible. Après le crible, une souche de coenzyme Q10 a été obtenue de l’institut de technologie chimique de Beijing, et après optimisation, la production a atteint 160mg/L liquide de fermentation, mais il est seulement 1/5~1/2 des produits étrangers, donc, il est difficile de réaliser la production industrielle en termes de coût.

2.3 Extraction de tissus végétaux et animaux

Actuellement, les tissus végétaux et animaux sont principalement utilisés en Chine, et la Coenzyme Q10 se trouve en grandes quantités dans certains tissus végétaux et animaux (tableau 2). Les principales méthodes d’extraction sont:

Tableau 2 teneur en Coenzyme Q10 dans les tissus d’animaux et de plantes

(1) méthode de Saponification

① alcali Méthode de Saponification

Les cellules de la matière première contenant la Coenzyme Q10 ont été broyées dans une solution aqueuse acide, chauffées à 100 ℃ pendant 3 h, ajoutées de l’hydroxyde de sodium et saponifiées à 100 ℃ pendant 1 h. La solution saponifiée a été extraite avec de l’éthane mélangé à de l’isopropanol. La solution saponifiée a été extraite avec de l’éthane mélangé à de l’isopropanol, l’extrait a été concentré, le cholestérol a été éliminé du précipité par dialyse à froid et une colonne de chromatographie sur gel de silice a été utilisée pour recueillir la solution de Coenzyme Q10, la concentrer et la cristalliser avec de l’éthanol anhydre pour obtenir la Coenzyme Q10. Le coût de production du Coenzyme Q10 est réduit par saponification directe à l’aide de cellules d’écrasement acide.

② méthode de Saponification d’alcool alcali

Peser une certaine quantité de matière tissulaire, ajouter une certaine proportion d’acide pyrogallique, bien mélanger, puis ajouter lentement 100 g/L solution d’hydroxyde de sodium - éthanol en remuant, puis la matière tissulaire en pâte noire, reflux de chaleur dans un bain-marie pendant 30 min. Refroidir rapidement à température ambiante, ajouter une certaine quantité d’éther de pétrole, et répéter l’extraction, l’extrait a été lavé à l’eau au neutre. Puis éliminer l’eau avec du sulfate de sodium anhydre, le but de l’élimination de l’eau est de rendre le coenzyme Q10 et les solvants d’hydrocarbures mieux miscibles, pour faciliter le traitement ultérieur. Concentré à petit volume, chromatographie avec colonne d’adsorption de gel de silice, laver avec de l’éther de pétrole pour éliminer les impuretés, puis éluté avec un mélange d’éther éthylique et d’éther de pétrole, recueillir en segments, distiller pour éliminer le solvant, et obtenir une huile jaune. Cristalliser avec de l’éthanol anhydre pour obtenir des cristaux jaune-orangé, c’est-à-dire la Coenzyme Q10. Cette méthode est une méthode classique d’extraction, bien que simple mais coûteuse.

③Adsorption chromatographie

La matière première contenant le Coenzyme Q10 a été extraite avec une faible concentration de solution d’éthanol pendant 3 h à 73 ℃. L’extrait a été adsorbé par de la résine macroporeuse, lavé avec une faible concentration d’éthanol, éluté avec du n-éthane et concentré, et l’éthanol a été retiré pour obtenir la substance huileuse contenant la Coenzyme Q10. Selon un rapport japonais, la pureté de la Coenzyme Q10 était de 99,4 % par chromatographie sur une colonne d’amberlite XAD, suivie d’une colonne Hipores Hp-20, élution avec une solution aqueuse d’acétone 9:1, concentration et cristallisation dans l’éthanol.

3. Applications médicales de la Coenzyme Q10

3.1 Applications cliniques de la Coenzyme Q10 dans les maladies cardiovasculaires

Cardiovascular disease is the main application of coenzyme Q10, Folkers K et al[11] found that the myocardium of patients with cardiac disease has reduced coenzyme Q10 activity, arterial stenosis, atresia, and other deficiencies of coenzyme Q10. After oral administration of Coenzyme Q10, it is absorbed through the lymphatics enters the mitochondria of the cells, and then acts directly on the ischemic heart, which can improve the utilization of oxygen.

La Coenzyme Q10 est efficace dans les maladies cardiaques ischémiques, l’hypertension et les symptômes d’insuffisance cardiaque congestive rhumatismale (œdème, congestion pulmonaire, hépatomégalie et angine de poitrine)[12]; L’ajout de Coenzyme Q10 à la pharmacothérapie ischémique antimyocardique conventionnelle peut réduire de manière significative le nombre d’épisodes d’angine de poitrine, réduire le dosage de nitrate, et améliorer le taux de conversion en S-T ischémique et les altérations d’onde t dans la tolérance à l’exercice [13]. Coenzyme Q10 est efficace dans le traitement de l’angine de poitrine. Coenzyme Q10 est également efficace dans le traitement de l’hypertension, et son effet antihypertenseur est relativement doux sans effets secondaires indésirables.

L’explication possible de l’abaissement de la pression artérielle par la coenzyme Q10 est qu’elle agit comme un antioxydant cardiovasculaire et agit directement sur la paroi vasculaire pour éliminer les peroxydes ou inhibe leur synthèse dans la vasculature. En améliorant l’efficacité du transport d’électrons à haute énergie du cytoplasme à la chaîne respiratoire mitochondriale, la coenzyme Q10 réduit les niveaux cytoplasmiques de la coenzyme I réduite (NADH) et élimine le potentiel réduit qui entraîne la synthèse du peroxyde dans l’endothélium et les muscles lisses vasculaires 14. Coenzyme Q10 est également connu pour abaisser la pression artérielle chez les patients souffrant d’hypertension.

Certain antihypertensive drugs can exacerbate the deficiency of coenzyme Q10 in the heart of hypertensive patients, et la co-administration de coenzyme Q10 avec des médicaments antihypertenseurs augmente non seulement l’effet antihypertenseur, mais empêche également les effets secondaires des médicaments. La Coenzyme Q10 a un effet protecteur sur le myocarde dans l’insuffisance cardiaque congestive, la cardiomyopathie, la maladie coronarienne, l’infarctus aigu du myocarde et d’autres dysfonctionements cardiaques [15]. La Coenzyme Q10 peut abaisser les lipoprotéines et l’insuline plasmatique, inhiber l’oxydation du cholestérol et prévenir l’athérosclérose artérielle. En conclusion, l’efficacité clinique de la coenzyme Q10 dans les maladies cardiovasculaires est principalement due à son amélioration de la production d’énergie myocardique, son activité antioxydante et ses propriétés stabilisantes du biofilm [16].

3,2 autres Applications médicales de la Coenzyme Q10

Studies have shown that Coenzyme Q10 has anti-tumor effects in experimental animals. Geng Ailian et al[17] reported that dietary supplementation of coenzyme Q10 could significantly reduce the morbidity and mortality of ascites in broiler chickens, and reduce the osmotic fragility of erythrocytes in broiler chickens (EOF) (p≤0.05). The mitochondria of human liver, gastric, and intestinal cancer cells are significantly deficient in coenzyme Q10, and the hemoglobin cells of patients with advanced cancers are also deficient in coenzyme Q10 by about 50%, so the administration of coenzyme Q10 to patients with certain tumors can stabilize their conditions and prolong their lives. Coenzyme Q10 has also been used in the protection of pneumonia, hepatitis B, and kidney disease[18].

La Coenzyme Q10 est efficace dans le traitement du scorbut, du diabète sucré, de la myasthénie grave progressive, des ulcères duodénaux et gastriques, de la parodontite nécrosante et de l’hépatite virale. Il est également efficace dans le traitement de l’alopécie ronde, l’emphysème, et la déficience auditive. Ces dernières années, la Coenzyme Q10 s’est également avérée efficace dans le traitement du sida. Coenzyme Q10 a également montré des résultats prometteurs en anti-âge. Par conséquent, en plus de jouer un rôle thérapeutique important dans certains traitements alternatifs, le CoQ10 est également un médicament d’appoint avec un large éventail d’applications.

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