第四节　硫辛酸与泛醌

一、硫辛酸

硫辛酸由Reed（1951）首次从猪肝中分离出来，作为辅酶参与α-酮酸的氧化脱羧反应，一些人将其列入维生素类。硫辛酸为白色结晶体，既溶于水又溶于脂类溶剂，分子式为C8H14O2S2，分子量为206.33，分子结构式如图2-2所示。

1. 分布

动、植物组织中硫辛酸常与蛋白质分子中赖氨酸残基的ε-氨基共价结合，以酰胺键的形式存在。菠菜中硫辛酸含量较多，其次是番茄和甘蓝。硫辛酸在动物体内肝脏和肾脏组织中含量也较多。

2. 生理功能

① 硫辛酸是丙酮酸脱氢酶的辅助因子：硫辛酸在体内可转化为还原型的二氢硫辛酸。近年来，硫辛酸和二氢硫辛酸在抗氧化、糖代谢、糖尿病并发症和其他多种疾病治疗方面的重要作用受到国际生物医学界的高度关注。

② 作为辅酶调节机体的正常代谢：硫辛酸是线粒体内催化能量代谢几种复合酶所必需的辅酶，参与α-酮酸的氧化脱羧反应，在能量代谢方面起重要的作用。硫辛酸可促进心肌对葡萄糖的摄取和利用。

③ 调节氧化-还原系统：硫辛酸进入细胞后一部分可被还原为二氢硫辛酸，在体内以硫辛酸和二氢硫辛酸两种形式存在，二者相互补充、相互协调，充分发挥高效的抗氧化作用。硫辛酸可清除羟基自由基（·OH）、过氧化氢（H2O2）、一氧化氮自由基（NO·）、过氧化亚硝基（·OONO）等。研究显示，二氢硫辛酸是生物系统中过氧化亚硝基作用的优先靶标之一。二氢硫辛酸是一种强还原剂，可还原再生许多氧化型抗氧化剂如抗坏血酸、维生素E、谷胱甘肽（GSH）、辅酶Q、硫氧还蛋白等。

④ 螯合金属离子：生物体内铁、铜、汞、镉等过渡金属离子能催化过氧化氢分解产生强毒性的羟基自由基，导致组织损伤。硫辛酸和二氢硫辛酸能螯合这些金属离子，从而抑制自由基的形成，乃至起到对重金属离子的解毒作用。硫辛酸对砷、镉离子的螯合特别有效。当硫辛酸与砷的摩尔比为8∶1时，可完全防止小鼠和狗的砷中毒。硫辛酸与一种琥珀酸衍生物联合使用，可预防铅中毒。硫辛酸能螯合铜离子，使铜经尿液排出，肝功能恢复正常。

⑤ 调控基因转录：κ基因结合核因子（NF-κB）作为一种转录因子能附着在DNA上而影响一些基因的转录。

3.硫辛酸在动物中的应用效果

目前，对硫辛酸的应用，主要还是在防治疾病与衰老方面。例如，将硫辛酸作为治疗急慢性肝炎、肝硬化、肝昏迷和脂肪肝等肝病的药物。研究发现，糖尿病患者每天口服0.6克硫辛酸，三个月后，血浆过氧化物水平显著地低于没有服用硫辛酸的糖尿病患者。研究资料显示，短期内给老龄鼠饲料中添加硫辛酸，可降低其体内活性氧的生成量，改善线粒体的能量代谢，减轻氧化应激，提高机体活力，增强短期记忆力。动物试验证明，硫辛酸对于脑缺血-再灌注损伤也有保护作用，可使梗塞面积明显缩小，提高脑缺血大鼠存活率。大鼠饲用30毫克的硫辛酸，可抑制钙离子诱导的脑、心、睾丸的脂质过氧化，使Ca2+、Na+、Mg2+、ATP酶的活性降低。在肉仔鸡饲粮中添加100mg/kg的硫辛酸，可显著地降低肉鸡腹脂重，并提高胸肌蛋白含量，促进脂肪酸在肝脏与脂肪组织的周转。试验表明，在常温状态下，饲粮中添加硫辛酸未能显著提高产蛋鸡的生产性能，但在高温环境下，在产蛋鸡饲粮中添加硫辛酸，可显著缓解热应激对产蛋鸡的不良影响，提高其抗热能力。试验证明：在肉鸡饲粮中添加适量的硫辛酸，可降低其血中甘油三酯、胆固醇浓度，减少肝脏中脂肪的含量。

4.硫辛酸的制备

硫辛酸的制备以化学合成为主。根据所用的起始原料不同，硫辛酸合成方法有己二酸法、环己酮法、烷硫基丙酰基环戊酮法和生物法等。其中，环己酮法化学反应步骤少、产品收率和纯度较高、起始原料易得等，因此该法为较理想的方法。以环己酮和乙烯基乙醚为原料，经过自由基加成、Baryer-Villiger氧化、内酯水解、亲核取代、空气氧化反应可得到α-硫辛酸。α-硫辛酸合成工艺路线如图2-3所示。

总之，已知硫辛酸是天然抗氧化剂中效果最强的一种，能再生的内源性抗氧化剂，被称为“抗氧化剂中的抗氧化剂”，其抗氧化作用是很大的。硫辛酸作为一种新型的饲料添加剂在饲料工业中的应用可能有较大的潜力。

二、泛醌

（一）泛鲲的化学特点与理化性质

泛鲲（ubiquinone）是一类特殊的鲲类化合物，这是Morton等（1960）给予命名的。Crane等（1960）根据生物化学性质，将其命名为辅酶Q（coenzyme Q）。这两种名称都在被使用。泛鲲分子在结构上具有两个特点：①有一个很易发生氧化还原反应的鲲环；②有一个以异戊烯为结构单元的长侧链。因此泛鲲通常可用一个简单的符号Qn来表示，其中Q表示鲲环，n表示长侧链的异戊烯单元数目（图2-4）。例如，最普通的天然泛鲲，其长侧链含有10个异戊烯结构单元，因此可用Q10来表示。辅酶Q10分子式为C59H90O4，分子量为 862。

泛鲲类化合物是橘黄色的低熔点（49℃）固体或黏稠状液体物质，易溶于氯仿、苯、四氯化碳，溶于丙酮、石油醚与乙醚，微溶于乙醇，难溶于水。泛鲲类化合物最重要的化学性质是氧化还原反应（图2-5）。它们易被Na2S2O4等还原成相应的二酚，而二酚在空气中放置时，很快又被氧化成鲲。泛醒的鲲型结构（氧化态）和酚型结构（还原态）在紫外光谱中的吸收峰位置和吸光系数都不相同，因此可方便地利用紫外光谱作为泛鲲类化合物的定性和定量测定。泛鲲在酸性条件下稳定，在强的碱性条件下，将发生脱甲氧基反应。泛鲲类化合物对光较敏感，见光易分解成微红色物质，在紫外光照射下，会发生光分解反应。泛鲲对温度和湿度较稳定。

（二）泛鲲的制备方法

包括提取法（从生物体内提取）、植物细胞培养法、人工化学合成法和微生物发酵法。

1.从生物体内提取泛鲲类化合物

泛鲲类化合物广泛存在于各种动物的组织、微生物和高等植物中，尤以在各种动物的心脏组织中含量最为丰富，它们是天然泛鲲化合物的基本来源。从生物体内提取泛鲲的方法主要有两种。现以提取Q10为例来说明。

① 皂化法：将浆状的牛心肌肉，用10%的乙醇钾和邻苯三酚一起回流30min，速冷后，用异辛烷抽提。不能被皂化的Q10进入异辛烷溶液。抽提液经干燥、脱溶剂后，得到橘黄色油状物。将此油状物重新溶于异辛烷，用硅胶层析柱进行分离（洗脱溶剂为含5%乙醚的异辛烷）。最后产物在乙醇中进行重结晶，即得到橘黄色的Q10结晶体。

② 直接溶剂抽提法：将浆状的牛心肌肉，用10倍体积的乙醇∶乙醚（3∶1）溶剂抽提，然后在室温下放置5h，滤去固体物质。抽提液蒸发至剩下原体积的1/10后，加入两倍体积石油醚。石油醚溶液经干燥、脱溶剂后，得到橘黄色油状物。将油状物溶于丙酮中，在-15℃下放置15h，滤去白色沉淀物，溶液干燥、脱溶剂后，可得到橘黄色油状物。最后再经过硅胶层析柱处理和重结晶，便得到Q10结晶体。

上述两种方法各有优缺点，可根据具体情况来选择。

2.植物细胞培养法

利用烟草细胞培养技术制备辅酶Q10是植物细胞培养技术发展的重要方法之一。此方法以烟草为材料，经过愈伤组织诱导、继代培养和悬浮培养，产生生长快、辅酶Q10含量高的烟草悬浮培养细胞。再经过提取、分离纯化、结晶和干燥就可得辅酶Q10，产率达500～510μg/g干细胞，回收率为59.2%，纯度达98%以上。此法从培养细胞中提取辅酶Q10，生产成本低、工艺简便、设备简单，而且辅酶Q10回收率高、纯度高，达到药用要求，可直接用于制药。该法不仅为辅酶Q10生产开辟了新途径，而且也为辅酶Q10工业化生产奠定了基础，是有发展前景的方法之一。

3. 人工合成方法

用人工方法合成泛鲲类化合物，可根据不同的研究目的，合成出许许多多具有不同分子量、不同长侧链结构以及含有某些特殊基团的化合物。因此，合成泛鲲类化合物的研究工作，是深入进行呼吸链和光合作用电子迁移反应机理研究、探索泛鲲类化合物应用价值的重要组成部分。化学合成法主要分为两类，一类是侧链直接引入法，另一类是侧链延长法。

4.微生物发酵法

微生物发酵生产辅酶Q10的方法正在成为当前研究开发的热点。

（三）泛鲲的生物学作用

泛鲲在生物体内的重要作用，是作为电子的载体，直接参与生物能量的转换过程，即动物体中线粒体内膜上呼吸链的电子传递过程和植物叶绿体中光合作用的电子传递过程。泛鲲作为氧化还原反应的中间体，在脱氢酶和细胞色素体系之间传递电子。

在这一过程中，泛鲲分子本身发生了一个二步的反复循环氧化还原变化。这一反应过程的中间阶段——半鲲态，在化学上是极不稳定的，但是在生物体内，它则以某种方式与某种特殊的蛋白质结合而变得比较稳定。这种生物化学的稳定性对于泛鲲分子执行电子传递的生物功能是十分重要的。由于这一生物化学过程十分复杂，有许多问题还远没有解决，因此在这方面还需进行大量研究。

辅酶Q是细胞自身产生的天然抗氧化剂，能抑制线粒体的过氧化，保护生物膜结构的完整性。辅酶Q不仅存在于线粒体内膜中，还存在于其他细胞器，包括高尔基体、内质网、溶酶体、过氧化物酶体等中。辅酶Q具有抑制自由基对机体的破坏，保护细胞的作用。

辅酶Q对心血管系统有保护作用：①促进心脏能量生成：作为强抗氧化剂的辅酶Q，在心肌细胞中含量很高，因为心脏需要大量的能量以维持跳动。心脏病患者血液中的辅酶Q含量要比正常人低1/4，75%的心脏病病患者心脏组织中严重缺乏辅酶Q。辅酶Q可减少人心脏和肌肉自由基生成，能增强心脏病患者的体力，并减少心绞痛发生的概率。②降压：根据得克萨斯州心脏病学专家研究的结果，109名高血压患者每天服用255mg的辅酶Q之后，85%的患者血压得到了降低。③保护动脉血管：根据波士顿大学的研究分析，辅酶Q在防止不良的胆固醇氧化对动脉血管的破坏方面，要比维生素E和β-胡萝卜素都更加有效。

辅酶Q还有许多积极作用。例如，①抗衰老：实验发现，服用辅酶Q的老鼠与未服用的同龄鼠相比，显得特别活跃和精力充沛，特别是老龄鼠尤其明显。②提高免疫力：每天口服60mg辅酶Q，可使患者体内的IgG 抗体显著增加。③保护大脑：由于辅酶Q对细胞能量库——线粒体有重要的保护作用，是为数不多的几种能够穿透细胞能量库（线粒体）并恢复其活力的抗氧化物之一，故能对大脑退化性疾病起到预防作用。

近几年来研究表明，辅酶Q10在心血管病、坏血病、帕金森症、十二指肠溃疡与胃溃疡、坏死性牙周炎、病毒性肝炎等疾病的治疗方面都有显著疗效。

近年来，有研究者将辅酶Q用作饲料添加剂，取得了良好的效果。可以预见，辅酶Q作为动物的绿色保健性饲料添加剂将有广阔的应用前景。