Vitamin K je v maščobah topni vitamin, ki je pomemben za posttranslacijske modifikacije določenih proteinov, predvsem vpliva na koagulacijo krvi. V naravi je prisoten v dveh oblikah- vitamin K1- filokinon (največ ga je v solati, špinači, cvetači, brokoliju, ohrovtu, zelju, soji in jetrih, nekaj pa tudi v sojinem in olivnem olju) in vitamin K2- menakinon (nahaja se v živalskih maščobah, v organizmu pa ga proizvajajo črevesne bakterije). Poleg teh dveh poznamo še sintetične oblike, ki imajo oznake od K3 do K7. Od teh je najaktivnejši vitamin K3 oziroma menadion, ki se v organizmu pretvori v obliko K2. Vsi so derivati 2-metil-1,4-naftokinona.
Kemijska struktura Vse oblike vitamina K vsebujejo metiliran naftokinonski obroč, razlikujejo pa se v alifatskih stranskih verigah na mestu 3. Filokinon (znan kot vitamin K1) vsebuje v stranski verigi 4 izoprenoidne ostanke, eden od teh je nenasičen. Menakinon (vitamin K2) ima stransko verigo sestavljeno z različnim številom nenasičenih izoprenoidnih ostankov. Splošno jih poimenujemo kot MK-n, kjer nam n pove število izoprenoidnih enot.
Sprejeto je bilo dejstvo, da je naftokinonski obroč funkcionalna skupina, ki je pomembna za vezavo na receptor, zato je mehanizem delovanja podoben za vse oblike vitamina K, ne glede na alifatsko stransko verigo. Vzrok za raznolikost med oblikami vitamina K pa najdemo v različni lipofilnosti stranskih verig ter v tem v kateri hrani se nahajajo. Bistvene razlike so povezane s črevesno absorpcijo, prenašanjem, razporeditvijo po tkivu in biološko vlogo.
Fiziologija Vitamin K je vključen v karboksilacijo 9 - 12 ostankov glutaminske kisline (v proteinih) in tvori gama-karboksi ostanke glutamata, imenovane Gla-ostanki. Preoblikovani ostanki pogosto (a ne vedno) ležijo znotraj specifičnih proteinskih domen, imenovanih Gla domene. Gla ostanki so po navadi vključeni v vezavo kalcija in so bistveni za biološko aktivnost Gla-proteinov. (Dodatna referenca: Suttie JW. Vitami K-dependent carboxylation of gluatmyl residues in proteins. Biofactors 1988;1:55-60.)
Odkritih je bilo 14 humanih proteinov z Gla domenami. Vsi pa igrajo pomembno vlogo v regulaciji treh fizioloških procesov:
koagulacija: protrombin (faktor II), faktorji VII, IX, X, protein C, protein S in protein Z. kostna presnova: osteokalcin, imenovan tudi kostni Gla-protein (BGP) in matriks Gla-protein (MGP). žilna biologija
Vitamin K se nalaga v maščobnih tkivih organizma kot ostali v maščobah topni vitamini (A, D, E) in v jetrih.
Priporočeni odmerki FDA v Združenih državah Amerike so objavile priporočene dnevne odmerke (RDA) za vitamin K.
Priporočeni dnevni odmerki vitamina K:
Otroci: dojenček - 6 mesecev: 2 µg/dan dojenček 7 - 12 mesecev: 2,5 µg/dan otrok 1 - 3 let: 30 µg/dan otrok 4 - 8 let: 55 µg/dan otrok 9 - 13 let: 60 µg/dan mladostnik 14 - 18 let: 75 µg/dan
Novorojenčku ob rojstvu injicirajo vitamin K.
Odrasli: moški 19 let in starejši: 120 µg/dan ženske 19 let in starejše: 90 µg/dan nosečnice in doječe matere 90 µg/dan
Toksičnost Toksični učinki tega vitamina so zelo redki in so izključno posledica predoziranja ali preobčutljivosti na obliko K3. Do teh reakcij lahko prihaja pri novorojenčkih ali nedonošenčkih, katerim se aplicira višje koncentracije oziroma so preobčutljivi na vitamin K3 potreben za preprečitev hemoragična obolenja.
Pri otrocih, ki so jim intravensko aplicirali 5-25 µg/dan vodotopnih analogov menadiona, so pogosto opazili hemolitično anemijo, hiperbilirubinemijo in ikterus. Toksični efekti visokih doz menadiona naj nebi bili posledica aktivnosti vitamina K, ampak bi naj bili stranski učinek nefizioloških oblik preparatov. Menadion reducira reven glutationa v krvi in interagira z redoks sistemom v eritrocitu, to pa ima za posledico methemoglobinemijo in destabilizacijo eritrocita, kar na koncu vodi v hemolizo. Ta proces pa vodi tudi v hiperbilirubinemijo in ikterus. Citotoksičen efekt menadiona je opisan kot rezultat enoelektronske reakcije v semikinonski radikal. To redukcijo katalizirajo številni flavoproteini. Nadaljnjo se semikinonski radikal v prisotnosti kisika reoksidira v kinon, tvori pa se tudi superoksidni anion, temu pa sledijo verižne citotoksične reakcije. Filokinon (K1) velja za netoksičnega. Kljub vsemu je znanih nekaj stranskih učinkov, kot je reakcija na koži na mestu vboda, alergijske reakcije, hipertenzija in bolečine v srcu po intravenski aplikaciji.
Interakcije z zdravili Antibiotiki: Antibiotiki, predvsem iz razreda cefalosporinov, vplivajo na absorpcijo vitamina K v telo. Pri daljši uporabi antibiotikov (več kot 10 dni) lahko že opazimo znake hipovitaminoze vitamina K, saj zdravilo ne uniči le škodljivih bakterij pač pa tudi koristne bakterije, ki sintetizirajo melakinon.
Fenitoin: Fenitoin ovira sposobnost telesa, da porablja vitamin K. Jemanje antikonvulzivov (kot je fenitoin) v času nosečnosti in dojenja lahko škodljivo vpliva na vitamin K pri novorojenčkih.
Varfarin - antikoagulanti: Varfarin se veže na mesto, kamor bi se moral vitamin K in s tem prepreči strjevanje krvi. Večje koncentracije vitamina zmanjšujejo učinke redčenja krvi, ki ga dosežemo z varfarinom. Pacient, ki jemlje to zdravilo, ne sme jesti živil bogatih z vitaminom K oziroma prehranskih dopolnil z dodatkom tega vitamina.
Zdravila, ki preprečujejo absorpcijo maščob: primera: Orlistat - pripravek za hujšanje in Olestra - to snov dodajajo nekaterim prehranskim izdelkom, ki preprečujejo absorpcijo maščob in s tem zmanjšajo tudi absorpcijo v maščobah topnih vitaminov (A, D, E, K). FDA zato sedaj priporoča, da se živilom, ki vsebujejo Olestro, dodajajo v maščobah topne vitamine (dodatek vitamina K pa vpliva na jemanje varfarina - potrebna pozornost na take izdelke). Zdravniki pogosto predpišejo dodatek multavitaminskih preparatov med jemanjem Orlistata.
Adsorbenti žolčnih kislin: ta zdravila se uporabljajo za zniževanje holesterola, zmanjšujejo absorpcijo prehranskih maščob in s tem tudi zmanjšajo absorpcijo v maščobi topnih vitaminov. Ob jemanju teh zdravil priporočljiv dodatek vitamina K.
Salicilati, Barbiturati: mehanizem delovanja ni poznan, je pa pri daljši uporabi priporočljiv dodatek vitamina K.
Viri Filokinon (vitamin K1) je glavna oblika vitamina K v hrani. Največ ga je v zeleni solati, špinači, cvetači, brokoliju, ohrovtu, zelju, kiviju, avokadu, soji in jetrih, nekaj pa tudi v sojinem in olivnem olju ter v olju oljne ogrščice.Nutrition Facts and Information for Parsley, raw Hidrogenacija rastlinskih olj lahko zmanjša absorpcijo vitamina K iz črevesja.Nutrition facts, calories in food, labels, nutritional information and analysis – NutritionData.com
Menakinon-4 in menakinon-7 (vitamin K2) se nahaja v mesu, jajcih, mleku in mlečnih izdelkih. MK-4 se sintetizira v živalskih tkivih, ostalo (večinoma MK-7) pa sintetizirajo bakterije med fermentacijo.
živilo vsebnost (µg / 100g) manj kot 5 21 22 100 100 100 15 150 4 - 5 19 20 190 240 80 37 200
Pomanjkanje Večina diet ne izključuje vitamina K in zato je njegovo primarno pomanjkanje redko pri zdravih osebah. Povečano tveganje pomanjkanja za tem vitaminom je pri novorojenčkih in pri posameznikih, ki trpijo zaradi poškodbe ali bolezni ledvic (alkoholiki) bodisi imajo cistično fibrozo, celiakijo, vnetje črevesja ali pa so pred kratkim prestali operacijo abdomna.
Osebe, ki trpijo za sekundarnim pomanjkanjem vitamina K, so bulimične osebe, ki se držijo strogih diet ali pacienti, ki jemljejo antikoagulante. S pomanjkanjem vitamina K pa so povezana tudi ostala zdravila kot so salicilati, barbiturati in cefamandol, čeprav je mehanizem delovanja še nepoznan. Salicilati ne inhibirajo vitamina K2 zato lahko menakinonska dopolnila ublažijo kronično pomanjkanje vitamina K povzročeno zaradi dolgotrajne uporabe aspirinov. Pri pomanjkanju vitamina K pa ni razlike med spoloma, moškega in žensko prizadene enako. Simptomi so anemije, modrice, krvavitve dlesni in iz nosu, močne menstrualne krvavitve, lahko pa pomanjkanje privede do koagulopatije.
Osteoporoza in koronarne srčne boleznihttp://www.npicenter.com/anm/templates/newsATemp.aspx?articleid=23259 so močno povezane z nizko vsebnostjo menakinona (vitamina K2).
Biokemija Odkritje Leta 1929 je danski znanstvenik Henrik Dam raziskoval vlogo holesterola. Piščance je hranil s hrano brez holesterola. Po nekaj tednih so začeli krvaveti in tega ni mogel popraviti z dodajanjem prečiščenega holesterola v dieto. Pokazalo se je, da je bila iz hrane izločena poleg holesterola še neka druga spojina, ki jo je poimenoval koagulacijski vitamin. Od tod tudi ime vitaminu K (iz nemške besede Koagulationsvitamin). Edward Adelbert Doisy je izoliral in določil strukturo vitaminu K. Leta 1943 sta Dam in Doisy prejela Nobelovo nagrado za medicino za njuno delo na vitaminu K1 in K2.
Točna funkcija vitamina K je bila odkrita 1974, ko so v treh laboratorijih (Stenflo et al., Nelsestuen et al., and Magnusson et al.) izolirali od vitamina K odvisen koagulacijski faktor protrombin (faktor II) iz krav, ki so prejele visoke doze antagonista vitamina K - varfarin. V kravah, ki so prejele varfarin, je bila oblika protrombina, ki je vsebovala 10 glutaminskih ostankov okoli aminskega centra tega proteina. Pri kontrolni skupini krav pa so odkrili 10 neobičajnih ostankov, ki so bili kemično identificirani kot gama-karboksiglutamat (Gla). Dodatna karboksi skupina v Gla je dokazala, da igra vitamin K pomembno vlogo v karboksilaciji Glu v Gla.
Delovanje Glavna naloga vitamina K v celici je pretvorba glutamata (v proteinih) v gama-karboksiglutamat (Gla).
V celici se oksidirana oblika vitamina K pretvarja v reducirano obliko (vitamin K hidrokinon) s pomočjo encima vitamin K epoksid reduktaza (VKOR), ki je kofaktor encima gama- glutamil karbiksilaze (GGCX). Slednji pretvarja Glu v Gla. Reakcija karboksilacije je uspešna v primeru, če encim karboksilaza istočasno oksidira vitamin K hidrokinon do vitamina K epoksid. Torej reakciji karboksilacije in epoksidacije potečeta naenkrat. Vitamin K epoksid reduktaza pretvori vitamin K epoksid do vitamina K. Reakcije potekajo v ciklu, kar je tudi eden izmed razlogov, da imamo redko kdaj pomanjkanje vitamina K, ker se le-ta nenehno obnavlja v naših celicah.
Varfarin in ostali kumarini preprečijo delovanje encima vitamin K epoksid reduktaze. Varfarin tako preprečuje aktivacijo od vitamina K odvisnih faktorjev strjevanja krvi, s tem pa zavira nastajanje krvnih strdkov in zmanjšuje tveganje za možganski ali srčni infarkt. Varfarin je znan po svoji ozki terapevtski širini ter po velikih razlikah v višini dnevnega odmerka med bolniki. Če bolnik jemlje previsoke odmerke varfarina, se lahko pojavijo hude krvavitve, ob prenizkem odmerku varfarina pa ni zaščitnega učinka pred trombozo.
Delovanje v bakterijah Veliko bakterij, kot je primer Echerichia coli v debelem črevesju, sintetizira vitamin K2 (menakinon), ne pa tudi vitamina K1 (filokinon).
V procesu anaerobne respiracije menakinon v teh bakterijah prenese 2 elektrona med dvema različnima majhnima molekulama. Majhne molekule z odvečnimi elektroni, imenovane tudi elektron donorji (laktat, formiat ali NADH), s pomočjo encima podajo 2 elektrona menakinonu. Ta pa nato s pomočjo drugega encima poda ista elektrona primernemu oksidantu, imenovanemu elektron akceptor. To sta fumarat ali nitrat, ki se po sprejetju elektronov pretvorita v sukcinat ali nitrit, pri slednjem nastaja še voda. Pri nekaterih od teh reakcij nastaja vir celične energije ATP podobno kot pri evkariontski celični aerobni respiraciji. Razlika je, da končni elektron akceptor ni molekularni kisik (ta sprejme 4 elektrone od elektron donorja NADH in se pretvori v vodo) ampak fumarat ali nitrat.
Escherichia coli lahko izvede aerobno respiracijo in tudi menakinonsko posredovano anaerobno respiracijo.
Injekcije vitamina K pri novorojenčkih