Przetwarzanie substancji chemicznych w organizmie żywym nosi nazwę metabolizmu. Wśród procesów metabolicznych wyróżnia się procesy anaboliczne, w których z substancji drobnocząsteczkowych wytwarzane są wielkocząsteczkowe składniki ciała, oraz procesy kataboliczne, w wyniku których cząsteczki złożonych związków chemicznych ulegają rozkładowi.

Procesom metabolicznym towarzyszą przemiany energii. W organizmie człowieka energia niezbędna do wszelkich form pracy biologicznej, takich jak synteza składników ciała, transport substancji chemicznych przez błony komórkowe, skurcze mięśni itp., uzyskiwana jest w procesach utleniania wysokoenergetycznych związków organicznych. Procesy te dostarczają także ciepła, co umożliwia utrzymanie temperatury ciała na poziomie wyższym niż temperatura otoczenia.

Procesy utleniania (spalania) polegają na transporcie elektronów z jednej cząsteczki na inną. W organizmach żywych utleniane są węglowodany, tłuszcze i białka. Proces ten przebiega wraz z rozkładem tych substancji, a elektrony odłączone od produktów rozkładu są transportowane przez łańcuch substancji przenośnikowych na tlen. Ostatecznym akceptorem elektronów mogą być również cząsteczki związków organicznych. Dzieje się tak podczas glikolizy, kilkustopniowego procesu stanowiącego jeden z etapów rozkładu węglowodanów. Transport elektronów jest połączony z uwalnianiem energii. Podczas spalania zachodzącego poza organizmem, uwalniana energia zamienia się w ciepło, natomiast w organizmach żywych utlenianie jest sprzężone z procesami wymagającymi dostarczania energii. Znaczna część uwolnionej energii (60%) zostaje w nich wykorzystana, czyli ulega przekształceniu w różne formy energii użytecznej.

Podczas spalań biologicznych akceptorem elektronów – oprócz tlenu – mogą być również związki organiczne. Energia uzyskiwana w procesach beztlenowych pokrywa jedynie niewielką część zapotrzebowania energetycznego organizmu, tak więc warunkiem zachowania życia jest stałe dostarczanie komórkom tlenu. Szczególnie wrażliwe na niedotlenienie są komórki nerwowe, charakteryzujące się stałym, większym niż inne tkanki, nasileniem metabolizmu. Największe wahania zapotrzebowania energetycznego, w zależności od stanu czynnościowego, występują w komórkach mięśniowych. W mięśniach podczas wysiłku powstają znaczne ilości energii na drodze procesów beztlenowych. Warunkiem zachowania życia, oprócz stałego dopływu tlenu do organizmu, jest uzupełnianie zasobów wody oraz związków organicznych i nieorganicznych, a także usuwanie zbędnych produktów przemiany materii.

W procesach utleniania część uwalnianej energii zamienia się w ciepło. Powstaje ono również jako wynik przemiany innych form energii, np. energii kinetycznej. Ponieważ prawidłowe funkcjonowanie komórek może odbywać się tylko w określonym przedziale temperatury ciała, niezbędne jest usuwanie z organizmu nadmiaru ciepła lub zwiększanie jego wytwarzania wtedy, gdy organizm znajduje się w środowisku o niskiej temperaturze. Mechanizmy warunkujące zachowanie równowagi cieplnej organizmu to procesy termoregulacji.

Tempo przebiegu reakcji chemicznych w organizmie, podobnie jak poza organizmem, zależy od temperatury, ilości substratów i produktów reakcji, oraz od obecności katalizatorów – substancji przyspieszających reakcje. W procesach biologicznych funkcję katalizatorów pełnią enzymy. Są to specjalne substancje białkowe wytwarzane w komórkach. Niektóre z nich wymagają do swego działania obecności związków drobnocząsteczkowych zwanych koenzymami. Funkcję koenzymów pełnią m.in. witaminy. Ponieważ większość reakcji zachodzących w organizmie jest katalizowana przez enzymy, zdolność wytwarzania określonych enzymów przez komórki określa rodzaj zachodzących w nich procesów. Wzrost temperatury powoduje przyspieszenie reakcji chemicznych, a jej obniżenie – zwolnienie. Temperatura ciała człowieka ulega jednak niewielkim wahaniom. Znacznie ważniejszy wpływ na przebieg procesów metabolicznych mają mechanizmy kontrolujące ilość wytwarzanych enzymów i ich aktywność. Szybkie zmiany tempa procesów metabolicznych zachodzą przez zmiany aktywności enzymów, a wolniejsze – przez zmiany ich ilości. Ilość i aktywność enzymów może być modyfikowana przez wiele czynników. Szczególne znaczenie mają wśród nich hormony. Czynnikami tymi mogą być również substraty i produkty reakcji katalizowanej przez dany enzym lub inne substancje, np. jony metali. Obecność np. wapnia, magnezu, sodu, potasu i innych wpływa na aktywność enzymów. Za pośrednictwem zmian składu jonowego środowiska przebieg procesów przemiany materii może być kontrolowany przez impulsy nerwowe.

W żywym organizmie reakcje wymagające energii mogą przebiegać tylko wtedy, kiedy są sprzężone z procesami, w których energia jest uwalniana. Tempo obu rodzajów procesów musi więc być wzajemnie dostosowane. Sprzężenie procesów wymagających energii z procesami dostarczającymi zachodzi za pośrednictwem wysokoenergetycznych fosforanów, wśród których najważniejszy jest kwas adenozynotrójfosforowy – ATP. Energia uwalniana podczas utleniania substratów energetycznych jest zużywana do syntezy ATP, a rozkład tego związku dostarcza energii wszelkim innym procesom. Synteza ATP polega na przyłączeniu fosforanu do kwasu adenozynodwufosforowego (ADP); produktami rozkładu ATP jest ADP i fosforan nieorganiczny.

Miejscem przemian ATP i ADP są mitochondria komórkowe, a wszelkie dysfunkcje mitochondriów i zaburzenie równowagi energetycznej komórki prowadzi do jej uszkodzenia i śmierci. Jedną z konsekwencji niewydolności czynności mitochondriów jest zwiększone wytwarzanie wolnych rodników i uszkodzenie oksydacyjne (procesy utleniania), bardzo silnie związane z patogenezą chorób neurodegeneracyjnych. Uszkodzenie mitochondriów w chorobach neurodegeneracyjnych może być konsekwencją defektów genetycznych jądrowego lub mitochondrialnego DNA. Choroby, które mogą być wywołane przez mutacje mitochondrialnego DNA, to stwardnienie boczne zanikowe, choroba Parkinsona i Alzheimera. Przeprowadzone do tej pory badania sugerują, że długotrwały stres oksydacyjny może być jednym z mechanizmów prowadzących do uszkodzeń mózgu związanych z zakażeniem HIV. Wolne rodniki zmieniają też przepuszczalność bariery krew–mózg, co najprawdopodobniej wspomaga uszkodzenie OUN przez HIV.

Wyniki badań przeprowadzonych do tej pory sugerują, że istotną rolę w patogenezie chorób wywołanych dysfunkcją mitochondriów mogą odegrać substancje o charakterze przeciwutleniaczy, w tym witaminy E i C oraz koenzym Q10.

Działanie zwalczające wolne rodniki wywiera korzystny wpływ na układ krwionośny. Chroni organizm przed miażdżycą, a tym samym przed chorobą wieńcową serca (zawałem mięśnia sercowego) i udarem mózgu. W mięśniu sercowym występuje szczególnie dużo mitochondriów, co sprawia, że jest bardzo wrażliwy na niedobory koenzymu Q10.

Zaletą tej substancji jest również zdolność do obniżania poziomu „złego” cholesterolu. Koenzym Q10 korzystnie wpływa na układ immunologiczny, podawany jest chorym na AIDS oraz osobom wycieńczonym chemioterapią. Jego przyjmowanie jest też wskazane w stanach osłabienia i infekcji. Substancja ta wspomaga także stomatologów w walce z parodontozą, wzmacnia dziąsła i zmniejsza kieszonki przyzębowe. Badania dowiodły, że koenzym Q10 jest niezbędny osobom przyjmującym statyny, u których obserwuje się zaburzony mechanizm jego przemiany. Dodatkowo, statyny (reduktory HMG-CoA – enzymy wątrobowe odpowiedzialne za produkcje cholesterolu) nie tylko hamują wytwarzanie cholesterolu, ale także syntezę koenzymu Q10.

Koenzym Q10 obecny jest we wszystkich komórkach organizmu. Do około 30. roku życia organizm wytwarza go sam w wystarczającej ilości, lecz z upływem lat jego produkcja zmniejsza się. Dietę należy wówczas uzupełniać o odpowiednie produkty lub dodatki żywieniowe. Koenzym Q10 jest wytwarzany w wątrobie. Łatwo rozpuszcza się w tłuszczach, dlatego powinno się go przyjmować tuż po posiłku je zawierającym, co korzystnie wpłynie na wchłanianie.

Koenzym Q10 jest substancją bardzo niestabilną, podatną na utlenianie w kontakcie z powietrzem i światłem. Jego forma aktywna nosi nazwę ubichinolu i łatwo ulega przemianie w nieaktywny ubichinon. Aby zachować czynność farmakologiczną w procesie produkcji preparatów z koenzymem Q10, należy przestrzegać warunków beztlenowych (olej pozbawiony tlenu) oraz stosować dodatkowe zabezpieczenie przed światłem.

dr n. farm. Anna Gajos