Kofaktor v karboxylačních reakcích
Vitamín K hraje zásadní roli jako kofaktor při přeměně koagulace Proteinů do jejich koagulačních forem. V tomto procesu vitamin K podílí se na karboxylační reakci k zavedení karboxylové skupiny do organické sloučeniny - specifické zbytky kyseliny glutamové závislé na vitaminu K Proteinů za vzniku zbytků kyseliny gama-karboxyglutamové (Gla). Enzymkarboxyláza potřebná pro tuto reakci je také vitamin K-závislý. V důsledku karboxylace glutamylových zbytků proteinů závislých na vitaminu K dochází k tvorbě:
- Proteiny hemostázy (hemostáza) - krevní koagulační faktor II (protrombin), VII (prokonvertin), IX (vánoční faktor) a X (Stuartův faktor), jakož i plazmatický protein C a S
- Proteiny kostního metabolismu - osteokalcin a kostní Gla protein (BGP), matrix Gla protein (MGP), respektive protein S
- Regulace růstu Proteinů - Specifické pro zastavení růstu gen 6 (plyn 6).
- Předpokládá se, že v buněčné signalizaci hrají roli proteiny neznámé funkce - na prolinou bohatý Gla protein 1 (RGP1) a 2 (RGP2) a protein Z - RGP1 a RGP2.
Dále se syntetizují méně dobře charakterizované proteiny ledvina (nefrokalcin), slezina, slinivka břišní, plíce a další tkáně. Hlavně funkce koagulačních proteinů a osteokalcin bylo objasněno. Fyziologický význam ostatních vápníkvazebné proteiny jsou stále do značné míry neznámé.
Proteiny hemostázy a krevního koagulačního faktoru II, VII, IX a X
Koagulační faktory II, VII, IX a X, které se tvoří během karboxylace závislé na vitaminu K, stejně jako plazmatické proteiny C a S, jsou nesmírně důležité v procesu normálního krev koagulace. Vitamin K lze proto popsat jako koagulační vitamin s antihemoragickým (proti krvácení) účinkem. Kromě toho krev koagulační proteiny ovlivňují kostní metabolismus. Faktory VIIa a X závislé na vitaminu K krev koagulace stimuluje syntézu cystein- bohatý protein 61 (hCYR61) a pojivové tkáně růstový faktor (CTGF). Jako složky extracelulární matrice jsou hCYR61 a CTGF nezbytné pro růst a angiogenezi (nové cévy formování) kostní tkáně a tím i pro vývoj kostí a ve fázích opravy a remodelace.
Proteiny kostního metabolismu - osteokalcin (BGP)
Osteokalcin, který je tvořen karboxylací v osteoblastech, má zvláštní význam. Je to součást extracelulární matrice (ECM) kostní tkáně a představuje 2% z celkového obsahu bílkovin v kosti. Protože bylo zjištěno, že kostní protein je při zvýšené přestavbě a opravě kosti na zvýšené úrovni, osteokalcin je nezbytný pro tvorbu kostí.
Regenerativní cyklus vitaminu K při karboxylaci bílkovin
Zatímco neúčinné prekurzory akarboxy koagulačních proteinů, dříve PIVKA (protein indukovaný absencí nebo antagonistou vitaminu K), se převádějí na své biologicky aktivní formy aktivitou karboxylázy závislé na vitaminu K, přeměnou vitaminu KH2 (hydroxylovaný vitamin K) na vitamin Vyskytuje se K-2,3-epoxid. Aby byl vitamin K opět k dispozici pro karboxylaci prekurzorů koagulace, musí být regenerován. Za tímto účelem nyní karboxyláza funguje jako epoxidáza vitaminu K. Nakonec epoxidreduktáza přeměňuje vitamin K-2,3-epoxid zpět na nativní vitamin K (chinon). Poslední krok v regeneračním cyklu vitaminu K se provádí reduktázou vitaminu K. To má za následek snížení nativního vitaminu K na hydroxylovaný vitamin K (vitamin KH2). Aby celý karboxylační proces probíhal optimálně na membráně endoplazmatického retikula, musí se vitamin K-2,3-epoxid nepřetržitě regenerovat na vitamin KH2. Jakmile je proces karboxylace dokončen, proteiny jsou transportovány v endoplazmatickém retikulu (strukturně bohatá buněčná organela s kanálovým systémem dutin obklopených membránami) buňky a následně vylučovány.
Místa karboxylační reakce
Karboxylace proteinů závislých na vitaminu K je nezbytná pro jejich příslušné proteinové funkce. Koná se v játra na jedné straně a v osteoblastech kosti na straně druhé. Proteiny však mohou být také karboxylovány v jiných tkáních karboxylázou závislou na vitaminu K. Například protrombin je syntetizován ve svalové tkáni.
Neúplná karboxylace
Mohou se vyskytnout neúplně karboxylované proteiny, například kvůli snížené absorpci vitaminu K nebo během léčby antagonisty vitaminu K, jako je kumarin nebo warfarin. V případě nízké karboxylace (pod karboxylací „UC“) nemohou být proteiny vylučovány endoplazmatickým retikulem - podle toho se hromadí ve větší míře. Podkarboxylace koagulačně aktivních proteinů nakonec vede k inhibici koagulační kaskády a zvyšuje se sklon ke krvácení (hemoragická diatéza). Pokud jsou zejména Gla proteiny v kostech (BGP, MGP) redukovány v karboxylaci, zvyšuje se vylučování vápník a hydroxyprolin močí mohou mít za následek poruchy mineralizace kostí a malformace jak během vývoje, tak v dospělosti. MGP je jedním z nejdůležitějších proteinů s inhibičním účinkem na kalcifikaci tkání. Nedostatky MGP proto mohou vést ke zvýšené kalcifikaci v plavidla a kosti a tím podporovat rozvoj dvou rozšířených nemocí aterosklerózy (kornatění tepen) a osteoporóza (úbytek kostní hmoty). Na základě studií byla v roce pozorována nízká karboxylace proteinů osteoporóza pacientů.
