Кофактор в реакциите на карбоксилиране
Витамин К играе съществена роля като кофактор в преобразуването на коагулацията протеини в техните коагулантни форми. В този процес, витамин К участва в реакцията на карбоксилиране за въвеждане на карбоксилна група в органично съединение на специфични остатъци от глутаминова киселина на зависими от витамин К протеини за образуване на остатъци от гама-карбоксиглутаминова киселина (Gla). Ензимът карбоксилаза, необходим за тази реакция, също е витамин К-зависим. В резултат на карбоксилирането на глутамиловите остатъци на витамин К-зависимите протеини, образуването на:
- Протеини на хемостазата (хемостаза) - фактор на кръвосъсирването II (протромбин), VII (проконвертин), IX (коледен фактор) и X (фактор Стюарт), както и плазмените протеини С и S
- Протеини на костния метаболизъм - остеокалцин и костен Gla протеин (BGP), матричен Gla протеин (MGP), съответно, както и протеин S
- Регулиране на растежа протеини - Специфичен за арест на растежа ген 6 (газ6).
- Смята се, че протеини с неизвестна функция - богат на пролин Gla протеин 1 (RGP1) и 2 (RGP2) и протеин Z - RGP1 и RGP2 играят роля в клетъчната сигнализация.
Освен това, по-слабо характеризираните протеини се синтезират в бъбрек (нефрокалцин), далак, панкреас, бял дроб и други тъкани. Главно функцията на коагулационните протеини и остеокалцин е изяснено. Физиологичното значение на други калций-свързващите протеини все още са до голяма степен неизвестни.
Протеини на хемостаза-фактор на коагулация на кръвта II, VII, IX и X
Коагулационните фактори II, VII, IX и X, които се образуват по време на витамин К-зависимото карбоксилиране, както и плазмените протеини С и S, са изключително важни в процеса на нормалното кръв коагулация. Следователно витамин К може да бъде описан като коагулационен витамин с антихеморагичен (анти-кървене) ефект. Освен това кръв коагулационните протеини влияят върху метаболизма на костите. Витамин К-зависимите фактори VIIa и X на кръв коагулация стимулира синтеза на цистеин-богат протеин 61 (hCYR61) и съединителната тъкан растежен фактор (CTGF). Като компоненти на извънклетъчния матрикс, hCYR61 и CTGF са от съществено значение за растежа и ангиогенезата (ново кръвоносен съд образуване) на костна тъкан и по този начин за костно развитие и във фази на възстановяване и ремоделиране.
Протеини на костния метаболизъм-остеокалцин (BGP)
Остеокалцинът, образуван чрез карбоксилиране в остеобласти, е от особено значение. Той е компонент на извънклетъчната матрица (ECM) на костната тъкан и представлява 2% от общото съдържание на протеин в костите. Тъй като е установено, че костният протеин е в повишени нива по време на засилено ремоделиране и възстановяване на костите, остеокалцин е от съществено значение за формирането на костите.
Регенеративен цикъл на витамин К при протеиново карбоксилиране
Докато неефективните акарбоксилни предшественици на коагулационни протеини, по-рано PIVKA (протеин, индуциран от отсъствие или антагонист на витамин К), се превръщат в техните биологично активни форми чрез активността на витамин К-зависимата карбоксилаза, превръщането на витамин КН2 (хидроксилиран витамин К) във витамин Появява се К-2,3-епоксид. За да бъде отново на разположение за карбоксилиране на коагулационните предшественици, витамин К трябва да се регенерира. За тази цел карбоксилазата сега функционира като витамин К епоксидаза. И накрая, епоксид редуктазата превръща витамин К-2,3-епоксид обратно в естествен витамин К (хинон). Последната стъпка в цикъла на регенерация на витамин К се извършва от витамин К редуктаза. Това води до намаляване на естествения витамин К до хидроксилиран витамин К (витамин КН2). За да се осъществи оптимално целият процес на карбоксилиране в мембраната на ендоплазмения ретикулум, витамин К-2,3-епоксид трябва непрекъснато да се регенерира до витамин КН2. След като процесът на карбоксилиране завърши, протеините се транспортират в ендоплазмения ретикулум (структурно богата клетъчна органела с канална система от кухини, заобиколени от мембрани) на клетката и впоследствие се секретират.
Сайтове на реакцията на карбоксилиране
Карбоксилирането на зависимите от витамин К протеини е от съществено значение за съответните им протеинови функции. Той се провежда в черен дроб от една страна и в костните остеобласти, от друга страна. Протеините обаче могат да се карбоксилират и в други тъкани чрез витамин К-зависима карбоксилаза. Например протромбинът се синтезира в мускулната тъкан.
Непълно карбоксилиране
Възможно е да възникнат непълно карбоксилирани протеини, например поради намалено усвояване на витамин К или по време на лечение с антагонисти на витамин К, като кумарин или варфарин. В случай на ниско карбоксилиране (при карбоксилиране “UC”), протеините не могат да се секретират от ендоплазмения ретикулум - съответно те се натрупват в по-голяма степен. Подкарбоксилирането на коагулационно активните протеини в крайна сметка води до инхибиране на коагулационната каскада и се увеличава склонност към кървене (хеморагична диатеза). Ако костните протеини Gla (BGP, MGP) в частност са намалени при карбоксилиране, повишената екскреция на калций и хидроксипролин чрез урината може да доведе до нарушения в минерализацията на костите, както и до малформации както по време на развитието, така и в зряла възраст. MGP е един от най-важните протеини с инхибиторен ефект върху калцификацията на тъканите. Следователно недостатъците на MGP могат олово до повишена калцификация в съдове намлява кости и по този начин насърчават развитието на двете широко разпространени заболявания атеросклероза (втвърдяване на артериите) и остеопороза (загуба на костна маса). Въз основа на проучвания се наблюдава ниско карбоксилиране на протеини в остеопороза пациенти.
