Kofaktor i karboksyleringsreaksjoner
Vitamin K spiller en viktig rolle som en medvirkende faktor i konvertering av koagulasjon proteiner inn i deres koagulerende former. I denne prosessen, vitamin K er involvert i karboksyleringsreaksjonen for å innføre en karboksylgruppe i en organisk forbindelse - av spesifikke glutaminsyrerester av vitamin K-avhengig proteiner for å danne rester av gammakarboksyglutaminsyre (Gla). Enzymet karboksylase som kreves for denne reaksjonen er også vitamin K-avhengig. Som et resultat av karboksylering av glutamylrester av vitamin K-avhengige proteiner, dannelsen av:
- Proteiner av hemostase (hemostase) - blodkoagulasjonsfaktor II (protrombin), VII (prokonvertin), IX (julefaktor) og X (Stuart-faktor), samt plasmaprotein C og S
- Proteiner av beinmetabolisme - henholdsvis osteocalcin og bein Gla protein (BGP), matrise Gla protein (MGP), samt protein S
- Vekstregulering proteiner - Spesifikk for vekststans gen 6 (Gass6).
- Proteiner med ukjent funksjon - Prolinrikt Gla-protein 1 (RGP1) og 2 (RGP2) og protein Z-RGP1 og RGP2 antas å spille en rolle i cellesignalering.
Videre syntetiseres mindre godt karakteriserte proteiner i nyre (nefrocalcin), milt, bukspyttkjertel, lunge og annet vev. Hovedsakelig funksjonen til koagulasjonsproteiner og osteokalsin har blitt belyst. Den fysiologiske betydningen av andre kalsium-bindende proteiner er fremdeles stort sett ukjente.
Proteiner av hemostase-blodkoagulasjonsfaktor II, VII, IX og X
Koagulasjonsfaktorer II, VII, IX og X, som dannes under vitamin K-avhengig karboksylering, så vel som plasmaproteiner C og S, er ekstremt viktige i prosessen med normal blod koagulasjon. Vitamin K kan derfor beskrives som et koagulasjonsvitamin med en anti-hemorragisk (anti-blødende) effekt. i tillegg blod koagulasjonsproteiner påvirker beinmetabolismen. De vitamin K-avhengige faktorene VIIa og X av blod koagulasjon stimulere syntesen av cystein-rikt protein 61 (hCYR61) og bindevev vekstfaktor (CTGF). Som komponenter i den ekstracellulære matrisen er hCYR61 og CTGF avgjørende for vekst og angiogenese (ny blodåre dannelse) av beinvev og dermed for beinutvikling og i faser av reparasjon og ombygging.
Proteiner av beinmetabolisme-osteocalcin (BGP)
Osteokalsin, dannet ved karboksylering i osteoblaster, er av spesiell betydning. Det er en komponent i den ekstracellulære matrisen (ECM) i beinvev og utgjør 2% av det totale proteininnholdet i bein. Fordi beinproteinet har vist seg å være i økte nivåer under økt ombygging og reparasjon av bein, osteokalsin er viktig for beindannelse.
Regenerativ syklus av vitamin K i proteinkarboksylering
Mens de ineffektive acarboxy-forløperne til koagulasjonsproteiner, tidligere PIVKA (protein indusert av vitamin K fravær eller antagonist), omdannes til deres biologisk aktive former ved aktiviteten av vitamin K-avhengig karboksylase, omdannelse av vitamin KH2 (hydroksylert vitamin K) til vitamin K-2,3-epoxide forekommer. For å være tilgjengelig igjen for karboksylering av koagulasjonsforløperne, må vitamin K regenereres. For dette formålet fungerer karboksylasen nå som en vitamin K-epoksidase. Til slutt omdanner epoksydreduktase vitamin K-2,3-epoksid tilbake til naturlig vitamin K (kinon). Det siste trinnet i regenereringssyklusen av vitamin K utføres av vitamin K-reduktase. Dette resulterer i reduksjon av naturlig vitamin K til hydroksylert vitamin K (vitamin KH2). For at hele karboksyleringsprosessen skal skje optimalt ved membranen til det endoplasmatiske retikulumet, må vitamin K-2,3-epoksyd kontinuerlig regenereres til vitamin KH2. Når prosessen med karboksylering er fullført, transporteres proteiner i endoplasmatisk retikulum (strukturelt rik celleorganell med et kanalsystem med hulrom omgitt av membraner) i cellen og deretter utskilles.
Steder for karboksyleringsreaksjonen
Karboksylering av vitamin K-avhengige proteiner er viktig for deres respektive proteinfunksjoner. Det foregår i leveren på den ene siden og i osteoblaster av bein på den andre. Imidlertid kan proteinene også karboksyleres i andre vev av vitamin K-avhengig karboksylase. For eksempel syntetiseres protrombin i muskelvev.
Ufullstendig karboksylering
Ufullstendig karboksylerte proteiner kan forekomme, for eksempel på grunn av redusert vitamin K-opptak eller under behandling med vitamin K-antagonister, slik som kumarin eller warfarin. I tilfelle av lav karboksylering (under karboksylering "UC"), kan ikke proteinene skilles ut av det endoplasmatiske retikulum - følgelig akkumuleres de i større grad. Underkarboxylering av koagulasjonsaktive proteiner fører til slutt til hemming av koagulasjonskaskaden og økes blødningstendens (hemorragisk diatese). Spesielt Gla-proteiner av bein (BGP, MGP) reduseres i karboksylering, vil den økte utskillelsen av kalsium og hydroksyprolin via urinen kan føre til forstyrrelser i mineralisering av bein så vel som misdannelser både under utvikling og i voksen alder. MGP er et av de viktigste proteinene med en hemmende effekt på forkalkning av vev. MGP-mangler kan derfor føre til økt forkalkning i fartøy og bein og dermed fremme utviklingen av de to utbredte sykdommene aterosklerose (herding av arteriene) og osteoporose (bein tap). På bakgrunn av studier ble det observert en lav karboksylering av proteiner i osteoporose pasienter.
