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维生素K与凝血过程和骨骼钙化有关

维生素K是脂溶性的,化学结构上属于萜类,共有三种形式。天然的维生素K有K1、K2两种,都由2-甲基-1,4-萘醌和萜类侧链构成。人工合成的K3无侧链。K1(叶绿醌)存在于绿叶蔬菜及动物肝脏中,K2(甲基萘醌)由肠道细菌合成。

维生素K1

维生素K又叫凝血维生素,由丹麦生物化学家亨里克·达姆(Carl Peter Henrik Dam)于1935年发现并命名,K来源于德语“Koagulation”(凝固)。美国化学家多伊西(Edward A.Doisv)确定了维生素K的化学结构,并于1939年实现了人工合成。1943年,达姆与多伊西共同获得诺贝尔生理学或医学奖。

达姆与多伊西共同获得诺贝尔生理学或医学奖

人体缺乏维生素K会造成凝血时间延长,严重者会流血不止,甚至死亡。原因在于,人体的凝血系统需要许多凝血因子参与,其中的部分凝血因子需要经过一种翻译后修饰才能具有活性,而这个修饰过程是维生素K依赖的。

维生素K1结构模型

具体来说,维生素K参与蛋白质谷氨酸残基的γ-羧化。某些凝血因子肽链中的谷氨酸残基在翻译后完成以后,必须由蛋白羧化酶催化转变为γ-羧基谷氨酸(Gla),然后才能具有活性。这些凝血因子称为维生素K依赖性凝血因子,目前有7种:因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ,抗凝血蛋白C和蛋白S,以及因子X靶向蛋白Z。

谷氨酸残基的γ-羧化

谷氨酸侧链上本来就有一个羧基,再羧化以后就有了两个羧基。这两个羧基可以络合钙离子,对钙的运输和调节有重要意义。这几个凝血因子与钙结合,并通过钙与磷脂结合形成复合物,发挥凝血功能。临床上使用的抗凝血药香豆素,其化学结构与维生素K相似,能拮抗维生素K的作用,可以防止血栓的形成。

因为Gla可以络合钙离子,所以维生素K还与骨骼钙化有关。缺乏维生素K可能会削弱骨骼,导致骨质疏松症,还可能造成动脉和其他软组织的钙化。参与相关过程的有骨Gla蛋白(骨钙蛋白,BGP),钙化抑制基质Gla蛋白(MGP),生长停滞特异性蛋白6(Gas6)等。这些蛋白都含有Gla结构域,所以都需要维生素K参与其羧化过程。这些蛋白参与调节骨骼中磷酸钙的沉积与动员,某些机制可能与钙三醇有关。

骨骼生物学中的维生素 K 依赖性途径。Int J Mol Sci. 2021

Gla蛋白在动物中分布很广,其中有一些是具有凝血作用的毒素,如某些澳大利亚蛇的毒液。比较有趣的是海洋腹足纲软体动物芋螺(Conus)分泌的芋螺毒素(conotoxin)。这是一类由数百种毒肽组成的鸡尾酒毒素,可以轻易毒死一个成年人。而且不同种芋螺所含活性肽各不相同,即使同种芋螺因海域不同,其毒素成分也可存在差别。芋螺毒素多数由10~40个氨基酸残基组成,是最小的由核酸编码的动物神经毒素肽。大约有20%的芋螺毒素存在γ-羧基谷氨酸,它起着络合金属阳离子,形成二级结构的作用。

芋螺毒素gv含有多个Gla

正常食物中维生素K含量比较丰富,维生素K的化学性质也比较稳定,耐酸、耐热,一般烹调中只有很少损失,所以维生素K缺乏比较少见,主要是由于长期服用抗生素或吸收障碍引起的。因此,正常人不必特意补充维生素K。

参考文献:

  1. Michael Stock, et al. Vitamin K-Dependent Proteins in Skeletal Development and Disease. Int J Mol Sci. 2021 Aug 28;22(17):9328.

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