維生素K是脂溶性的,化學結構上屬于萜類,共有三種形式。天然的維生素K有K1、K2兩種,都由2-甲基-1,4-萘醌和萜類側鍊構成。人工合成的K3無側鍊。K1(葉綠醌)存在于綠葉蔬菜及動物肝髒中,K2(甲基萘醌)由腸道細菌合成。
維生素K1
維生素K又叫凝血維生素,由丹麥生物化學家亨裡克·達姆(Carl Peter Henrik Dam)于1935年發現并命名,K來源于德語“Koagulation”(凝固)。美國化學家多伊西(Edward A.Doisv)确定了維生素K的化學結構,并于1939年實現了人工合成。1943年,達姆與多伊西共同獲得諾貝爾生理學或醫學獎。
達姆與多伊西共同獲得諾貝爾生理學或醫學獎
人體缺乏維生素K會造成凝血時間延長,嚴重者會流血不止,甚至死亡。原因在于,人體的凝血系統需要許多凝血因子參與,其中的部分凝血因子需要經過一種翻譯後修飾才能具有活性,而這個修飾過程是維生素K依賴的。
維生素K1結構模型
具體來說,維生素K參與蛋白質谷氨酸殘基的γ-羧化。某些凝血因子肽鍊中的谷氨酸殘基在翻譯後完成以後,必須由蛋白羧化酶催化轉變為γ-羧基谷氨酸(Gla),然後才能具有活性。這些凝血因子稱為維生素K依賴性凝血因子,目前有7種: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。
谷氨酸殘基的γ-羧化
谷氨酸側鍊上本來就有一個羧基,再羧化以後就有了兩個羧基。這兩個羧基可以絡合鈣離子,對鈣的運輸和調節有重要意義。這幾個凝血因子與鈣結合,并通過鈣與磷脂結合形成複合物,發揮凝血功能。臨床上使用的抗凝血藥香豆素,其化學結構與維生素K相似,能拮抗維生素K的作用,可以防止血栓的形成。
因為Gla可以絡合鈣離子,所以維生素K還與骨骼鈣化有關。缺乏維生素K可能會削弱骨骼,導緻骨質疏松症,還可能造成動脈和其他軟組織的鈣化。參與相關過程的有骨Gla蛋白(骨鈣蛋白,BGP),鈣化抑制基質Gla蛋白(MGP),生長停滞特異性蛋白6(Gas6)等。這些蛋白都含有Gla結構域,所以都需要維生素K參與其羧化過程。這些蛋白參與調節骨骼中磷酸鈣的沉積與動員,某些機制可能與鈣三醇有關。
Gla蛋白在動物中分布很廣,其中有一些是具有凝血作用的毒素,如某些澳大利亞蛇的毒液。比較有趣的是海洋腹足綱軟體動物芋螺(Conus)分泌的芋螺毒素(conotoxin)。這是一類由數百種毒肽組成的雞尾酒毒素,可以輕易毒死一個成年人。而且不同種芋螺所含活性肽各不相同,即使同種芋螺因海域不同,其毒素成分也可存在差别。芋螺毒素多數由10~40個氨基酸殘基組成,是最小的由核酸編碼的動物神經毒素肽。大約有20%的芋螺毒素存在γ-羧基谷氨酸,它起着絡合金屬陽離子,形成二級結構的作用。
芋螺毒素gv含有多個Gla
正常食物中維生素K含量比較豐富,維生素K的化學性質也比較穩定,耐酸、耐熱,一般烹調中隻有很少損失,所以維生素K缺乏比較少見,主要是由于長期服用抗生素或吸收障礙引起的。因此,正常人不必特意補充維生素K。
參考文獻:
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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