Vitamín K1 (fylochinon). Oba obsahují funkční naftochinonový kruh a alifatický postranní řetězec. Fylochinon má fytylový postranní řetězec.
Vitamin K2 (menachinon). U menachinonu se boční řetězec skládá z různého počtu izoprenových zbytků.
Vitamin K (K z „Koagulations-Vitamin“ v němčině, dánštině, švédštině a norštině) označuje skupinu lipofilních, hydrofobních vitamínů, které jsou potřebné pro posttranslační modifikaci určitých bílkovin, většinou potřebných pro srážení krve. Chemicky jsou deriváty 2-methyl-1,4-naftochinonu.
Vitamin K2 (menachinon, menatetrenon) je normálně produkován bakteriemi ve střevech, a dietní nedostatek je extrémně vzácný, pokud střeva nejsou silně poškozena, nejsou schopni vstřebat molekulu, nebo v důsledku snížené produkce normální flóry, jak je vidět v širokém spektru použití antibiotik[Jak na odkaz a odkaz na shrnutí nebo text].
Všichni členové vitamínové skupiny K sdílejí strukturu methylovaného naftochinonového kruhu a liší se v alifatickém postranním řetězci připojeném na 3-pozici (viz obrázek 1). Fylochinon (také známý jako vitamín K1) obsahuje ve svém postranním řetězci vždy čtyři izoprenové zbytky, z nichž jeden je nenasycený.
Menachinony mají postranní řetězce složené z různého počtu nenasycených zbytků isoprenoidů; obecně jsou označovány jako MK-n, kde n určuje počet isoprenoidů.
Obecně se má za to, že funkční skupinou je naftochinon, takže mechanismus účinku je u všech vitaminů K podobný. Lze však očekávat podstatné rozdíly, pokud jde o absorpci ve střevě, transport, distribuci v tkáních a biologickou dostupnost. Tyto rozdíly jsou způsobeny odlišnou lipofilitou různých postranních řetězců a různými potravními matricemi, v nichž se vyskytují.
Vitamin K se podílí na karboxylaci některých reziduí glutamátu v proteinech za vzniku reziduí gama-karboxyglutamátu (zkráceně Gla-rezidua). Upravená rezidua se nacházejí ve specifických proteinových doménách nazývaných Gla domény. Gla-rezidua se obvykle podílejí na vázání vápníku. Gla-rezidua jsou nezbytná pro biologickou aktivitu všech známých Gla-proteinů.
U.S. Dietary Reference Intake (DRI) pro adekvátní příjem (AI) vitamínu K pro muže ve věku 25 let je 120 mikrogramů/den.
V roce 2002 bylo zjištěno, že k dosažení maximální karboxylace osteokalcinu je třeba přijmout až 1000 μg vitamínu K1. Stejně jako jiné lipozolubní vitamíny [vitamíny A, D, E] je i vitamín K uložen v tukové tkáni lidského těla. Přestože alergická reakce je možná, není známa toxicita spojená s vysokými dávkami fyllochinonu (vitamín K1) nebo menachinonu (vitamín K2) formy vitamínu K, a proto nebyla stanovena tolerovatelná horní úroveň příjmu (UL).
Vitamín K se nachází především v listové zelené zelenině, jako je špenát, mangold a Brassica (např. zelí, kapusta, květák, brokolice a růžičková kapusta); některé druhy ovoce, jako je avokádo a kiwi, mají také vysoký obsah vitamínu K. Pro srovnání, dvě lžíce petržele obsahují 153% doporučeného denního množství vitamínu K. Některé rostlinné oleje, zejména sója, obsahují vitamín K, ale v množství, které by vyžadovalo relativně velkou kalorickou spotřebu, aby byly splněny doporučené úrovně USDA.
Fylochinon (vitamin K1) je hlavní dietní formou vitaminu K.
Menachinon-4 a Menachinon-7 (vitamin K2) se nacházejí v mase, vejcích, mléčných výrobcích a nattu. MK-4 je syntetizován živočišnými tkáněmi, zbytek (hlavně MK-7) je syntetizován bakteriemi během fermentace. In natto 0% vitaminu K je z MK-4 a v sýrech 2-7%.
Úloha v nemoci / nedostatku
Nedostatek vitamínu K se může objevit narušeným střevním vychytáváním (jako by se mohlo objevit při obstrukci žlučových cest), terapeutickým nebo náhodným příjmem antagonistů vitamínu K nebo, velmi vzácně, nutričním nedostatkem vitamínu K.
V roce 1929 dánský vědec Henrik Dam zkoumal roli cholesterolu tím, že krmil kuřata stravou s nízkým obsahem cholesterolu. Po několika týdnech se u zvířat objevilo krvácení a začala krvácet. Tyto vady nebylo možné obnovit přidáním vyčištěného cholesterolu do stravy. Ukázalo se, že spolu s cholesterolem byla z potravy extrahována druhá sloučenina a tato sloučenina se nazývala koagulační vitamín. Nový vitamín dostal písmeno K, protože první objevy byly uvedeny v německém časopise, ve kterém byl označen jako Koagulationsvitamin. Edward Adelbert Doisy ze Saint Louis University prováděl velkou část výzkumu, který vedl k objevu struktury a chemické povahy vitamínu K. Dam a Doisy se v roce 1943 podělili o Nobelovu cenu za medicínu za práci na vitamínu K.
Po několik desítek let byl model kuřat s nedostatkem vitamínu K jedinou metodou kvantifikace vitamínu K v různých potravinách: kuřata byla vyrobena s nedostatkem vitamínu K a následně byla krmena známým množstvím potravy s obsahem vitamínu K. Míra, do jaké byla dietou obnovena srážlivost krve, byla brána jako měřítko pro její obsah vitamínu K. Nezávisle na tom to zjistily tři skupiny lékařů: Biochemický ústav, Kodaňská univerzita (Dam a Johannes Glavindovi), Ústav patologie Iowské univerzity (Emory Warner, Kenneth Brinkhous a Harry Pratt Smith) a Klinika Mayo (Hugh Butt, Albert Snell a Arnold Osterberg). První zveřejněnou zprávu o úspěšné léčbě život ohrožujícího krvácení vitamínem K u pacienta se žloutenkou s nedostatkem protrombinu vypracovali v roce 1938 Smith, Warner a Brinkhous.
Přesná funkce vitamínu K byla objevena až v roce 1974, kdy tři laboratoře (Stenflo a kol., Nelsestuen a kol., a Magnusson a kol.) izolovaly protrombin koagulační faktor závislý na vitamínu K (faktor II) od krav, které dostávaly vysokou dávku antagonisty vitamínu K, warfarinu. Bylo prokázáno, že zatímco krávy léčené warfarinem měly formu protrombinu, která obsahovala 10 zbytků aminokyselin glutamátu v blízkosti aminového vyústění tohoto proteinu, normální (neošetřené) krávy obsahovaly 10 neobvyklých zbytků, které byly chemicky identifikovány jako gama-karboxyglutamát neboli Gla. Extra karboxylová skupina v Gla jasně ukázala, že vitamín K hraje roli v karboxylační reakci, během níž se Glu přeměňuje na Gla.
Biochemie toho, jak se vitamín K používá k přeměně Glu na Gla, byla objasněna za posledních třicet let v akademických laboratořích po celém světě. Uvnitř buňky prochází vitamín K elektronovou redukcí na redukovanou formu vitamínu K (nazývanou vitamín K hydrochinon) enzymem Vitamin K epoxid reduktáza (nebo VKOR). Jiný enzym pak oxiduje vitamín K hydrochinon, aby umožnil karboxylaci Glu na Gla; tento enzym se nazývá gama-glutamylkarboxyláza nebo vitamín K-dependentní karboxyláza. Karboxylační reakce proběhne pouze tehdy, pokud je enzym karboxylázy schopen oxidovat vitamín K hydrochinon na vitamín K epoxid ve stejnou dobu; karboxylační a epoxidační reakce jsou prý spojené reakce. Vitamin K epoxid je pak znovu přeměněn na vitamín K pomocí vitamínu K epoxid reduktázy. Tyto dva enzymy tvoří takzvaný cyklus vitamínu K. Jedním z důvodů, proč je vitamín K v lidské stravě vzácně nedostatečný, je skutečnost, že vitamín K je v našich buňkách neustále recyklován.
Warfarin a další kumarinová léčiva blokují působení epoxidové reduktázy vitamínu K. To má za následek snížené koncentrace vitamínu K a hydrochinonu vitamínu K ve tkáních, takže karboxylační reakce katalyzovaná glutamylkarboxylázou je neúčinná. To má za následek produkci koagulačních faktorů s nedostatečným Gla. Bez Gla na amino termini těchto faktorů se již stabilně nevážou na endotel krevních cév a nemohou aktivovat srážení umožňující tvorbu sraženiny při poškození tkáně. Protože není možné předpovědět, jaká dávka Warfarinu poskytne požadovaný stupeň potlačení srážení, musí být léčba Warfarinem pečlivě sledována, aby se předešlo předávkování. Viz Warfarin.
V současnosti jsou na úrovni primární struktury charakterizovány následující lidské proteiny obsahující Gla: krevní koagulační faktory II (protrombin), VII, IX a X, antikoagulační proteiny C a S a protein Z cílený na faktor X. Kostní Gla-protein osteokalcin, kalcifikace inhibující matrix gla protein (MGP), buněčný růst regulující růstovou zástavu specifický gen 6 protein (Gas6) a čtyři transmembránové Gla proteiny (TMGP), jejichž funkce je v současnosti neznámá. Gas6 může fungovat jako růstový faktor, který aktivuje Axl receptor tyrosinkinázu a stimuluje buněčnou proliferaci nebo zabraňuje apoptóze v některých buňkách. Ve všech případech, kdy byla známa jejich funkce, se ukázalo, že přítomnost Gla-reziduí v těchto proteinech je nezbytná pro funkční aktivitu.
Další zajímavá třída bílkovin obsahujících bezobratlý Gla je syntetizována hlemýžděm Conus geographus lovícím ryby. Tito hlemýždi produkují jed obsahující stovky neuroaktivních peptidů, neboli conotoxinů, které jsou dostatečně toxické, aby zabily dospělého člověka. Několik conotoxinů obsahuje 2-5 zbytků Gla.
Látky vitamínu K jsou karcinogeny skupiny 3 podle IARC. Jedna studie provedená ve Velké Británii v roce 1970 zjistila téměř dvojnásobný nárůst leukémie u dětí, kterým byl intramuskulárně podáván syntetický fytomenadion vitamínu K1, ale pozdější studie nedokázaly zjistit, zda je vitamín K karcinogenní či nikoliv.