Kofaktor pri karboxylačných reakciách
Vitamín K hrá zásadnú úlohu ako kofaktor pri premene koagulácie proteíny do ich koagulačných foriem. V tomto procese vitamín K sa podieľa na karboxylačnej reakcii na zavedenie karboxylovej skupiny do organickej zlúčeniny - špecifických zvyškov kyseliny glutámovej závislých od vitamínu K proteíny za vzniku zvyškov kyseliny gama-karboxyglutámovej (Gla). Enzým karboxyláza potrebný na túto reakciu je tiež vitamín K-závislý. Výsledkom karboxylácie glutamylových zvyškov proteínov závislých od vitamínu K je tvorba:
- Proteíny hemostázy (hemostáza) - krvný koagulačný faktor II (protrombín), VII (prokonvertín), IX (vianočný faktor) a X (Stuartov faktor), ako aj plazmatické bielkoviny C a S
- Proteíny kostného metabolizmu - osteokalcín a kostný Gla proteín (BGP), matrix Gla proteín (MGP), ako aj proteín S
- Regulácia rastu proteíny - Špecifické zastavenie rastu gen 6 (plyn6).
- Predpokladá sa, že v bunkovej signalizácii hrajú úlohu proteíny s neznámou funkciou - na prolín bohatý Gla proteín 1 (RGP1) a 2 (RGP2) a proteín Z - RGP1 a RGP2.
Ďalej sa syntetizujú menej dobre charakterizované proteíny oblička (nefrokalcín), slezina, pankreas, pľúca a ďalšie tkanivá. Hlavne funkcia koagulačných proteínov a osteokalcín bolo objasnené. Fyziologický význam iných vápnikviažuce proteíny sú stále do veľkej miery neznáme.
Proteíny hemostázy a koagulačného faktora krvi II, VII, IX a X
Koagulačné faktory II, VII, IX a X, ktoré sa tvoria počas karboxylácie závislej od vitamínu K, ako aj plazmatické proteíny C a S, sú mimoriadne dôležité v procese normálneho krv zrážanlivosť. Vitamín K možno preto označiť ako koagulačný vitamín s antihemoragickým (proti krvácaniu) účinkom. Okrem toho krv koagulačné proteíny ovplyvňujú kostný metabolizmus. Faktory VIIa a X závislé od vitamínu K krv koagulácia stimuluje syntézu cysteín- bohatý proteín 61 (hCYR61) a spojivové tkanivo rastový faktor (CTGF). Ako zložky extracelulárnej matrix sú hCYR61 a CTGF nevyhnutné pre rast a angiogenézu (nové cieva tvorby) kostného tkaniva, a tým aj pre vývoj kostí a vo fázach opravy a remodelácie.
Proteíny kostného metabolizmu - osteokalcín (BGP)
osteokalcín, ktorý je tvorený karboxyláciou v osteoblastoch, má osobitný význam. Je súčasťou extracelulárnej matrix (ECM) kostného tkaniva a predstavuje 2% z celkového obsahu bielkovín v kosti. Pretože sa zistilo, že kostný proteín je pri zvýšenej prestavbe a oprave kostí na zvýšenej úrovni, osteokalcín je nevyhnutný pre tvorbu kostí.
Regeneračný cyklus vitamínu K v karboxylácii bielkovín
Zatiaľ čo neúčinné prekurzory akarboxy koagulačných proteínov, predtým PIVKA (proteín indukovaný absenciou alebo antagonistom vitamínu K), sa konvertujú na svoje biologicky aktívne formy aktivitou karboxylázy závislej od vitamínu K, premenou vitamínu KH2 (hydroxylovaného vitamínu K) na vitamín Vyskytuje sa K-2,3-epoxid. Aby bol vitamín K opäť k dispozícii pre karboxyláciu koagulačných prekurzorov, musí sa regenerovať. Na tento účel teraz karboxyláza funguje ako epoxidáza vitamínu K. Nakoniec epoxidreduktáza premieňa vitamín K-2,3-epoxid späť na natívny vitamín K (chinón). Posledný krok v regeneračnom cykle vitamínu K je vykonaný reduktázou vitamínu K. To má za následok zníženie prírodného vitamínu K na hydroxylovaný vitamín K (vitamín KH2). Aby celý karboxylačný proces prebehol optimálne na membráne endoplazmatického retikula, musí sa vitamín K-2,3-epoxid kontinuálne regenerovať na vitamín KH2. Po dokončení procesu karboxylácie sa proteíny transportujú do endoplazmatického retikula (štruktúrne bohatá bunková organela s kanálovým systémom dutín obklopených membránami) bunky a následne sa vylučujú.
Miesta karboxylačnej reakcie
Karboxylácia proteínov závislých od vitamínu K je nevyhnutná pre ich príslušné proteínové funkcie. Odohráva sa v pečeň na jednej strane a v osteoblastoch kostí na druhej strane. Proteíny však môžu byť tiež karboxylované v iných tkanivách karboxylázou závislou od vitamínu K. Napríklad protrombín sa syntetizuje vo svalovom tkanive.
Neúplná karboxylácia
Môžu sa vyskytnúť neúplne karboxylované proteíny, napríklad kvôli zníženej absorpcii vitamínu K alebo počas liečby antagonistami vitamínu K, ako je kumarín alebo warfarín. V prípade nízkej karboxylácie (pod karboxyláciou „UC“) nemôžu byť proteíny vylučované endoplazmatickým retikulom - podľa toho sa hromadia vo väčšej miere. Podkarboxylácia koagulačne aktívnych proteínov vedie nakoniec k inhibícii koagulačnej kaskády a zvyšuje sa sklon ku krvácaniu (hemoragická diatéza). Ak sú karboxyláciou znížené najmä Gla proteíny kostí (BGP, MGP), zvyšuje sa vylučovanie vápnik a hydroxyprolín v moči môžu mať za následok poruchy mineralizácie kostí, ako aj malformácie tak počas vývoja, ako aj v dospelosti. MGP je jedným z najdôležitejších proteínov s inhibičným účinkom na kalcifikáciu tkanív. Nedostatky MGP teda môžu viesť na zvýšenú kalcifikáciu v plavidlá a kosti a tým podporovať rozvoj dvoch rozšírených chorôb aterosklerózy (kôrnatenie tepien) a osteoporóza (úbytok kostnej hmoty). Na základe štúdií bola v roku XNUMX pozorovaná nízka karboxylácia proteínov osteoporóza pacienti.
