La vitamina K es una vitamina soluble en grasa que se conoce principalmente por coagulación sanguínea. Fue descubierta en 1935, por el danés Henrik Dam que la nombró K por la palabra danesa para coagulación: koagulation. Naturalmente, se presenta en dos formas: vitamina K1 (filoquinona) en vegetales de hojas verdes y vitamina K2 (menaquinonas) en derivados de las carnes y alimentos fermentados como el queso o el nattō.
La vitamina K se requiere como cofactor para la activación de proteínas que son necesarias para una serie de procesos biológicos siendo los más conocidos los factores de coagulación hepáticos, protrombina y factor X, entre otros. Este nutriente se relaciona con procesos fisiológicos como la reparación tisular (en caso de lesiones y hemorragias), infartos y la menstruación
También es necesaria para activar proteínas de la matriz extracelular de células óseas y de músculo liso que permiten la unión del calcio, regulando el metabolismo de los huesos y reduciendo el riesgo de calcificación vascular y al final la enfermedad cardiovascular.
La vitamina K tendría un efecto protector frente al cáncer hepático, la leucemia, el cáncer de pulmón, de colon, oral, de mama y vesical.
Químicamente, la vitamina K comprende derivados de 2-metil-1,4-naftoquinona, pero difieren en la estructura de la posición 3 (3-). Además de sus derivados naturales, la filoquinona (vitamina K1) y las menaquinonas (vitamina K2s), existen tres fuentes sintéticas: la menadiona (vitamina K3), la VK4 y la VK5. La menadiona se utiliza en alimentos para mascotas y como suplemento dietético en algunos países. thumb|Una muestra de fitomenadiona (vitamina K1) para inyección.
Historia En 1929, un científico danés llamado Henrik Dam investigó el rol del colesterol alimentando a pollos con una dieta deficiente de colesterol.Dam H. The antihemorrhagic vitamin of the chick. Occurrence and chemical nature, Nature. 1935;135:652 Después de varias semanas, los animales desarrollaron hemorragias e iniciaron sangrado. Estos defectos no pudieron ser resueltos adicionando colesterol purificado a la dieta. Al parecer, junto con el colesterol, un segundo componente había sido extraído del alimento y este componente fue llamado «vitamina de la coagulación». La nueva vitamina recibió el nombre de Vitamina K, debido a que el descubrimiento inicial fue publicado en una revista alemana, en la cual fue designada como vitamina de la coagulación (koagulation, en alemán).
Edward Adelbert Doisy (de la Universidad de San Luis), contribuyó notablemente al descubrimiento de la estructura química y natural de la Vitamina K.MacCorquodale, D. W., Binkley, S. B., Thayer, S. A., Doisy, E. A., «On the constitution of Vitamin K1.» Journal of the American Chemical Society, 1939, 61:1928-1929.
Dam y Doisy compartieron el premio Nobel de Medicina en 1943, por sus trabajos sobre la Vitamina K. Diversos laboratorios sintetizaron el componente en 1939.Fieser, L. F., «Synthesis of Vitamin K1» Journal of the American Chemical Society, 1939, 61:3467-3475.
Estructura Todos los miembros del grupo de la vitamina K comparten un anillo metilado de naftoquinona en su estructura, y varía en la cadena lateral alifática unida en la tercera posición. La filoquinona (también conocida como vitamina K1) invariablemente contiene en su cadena lateral cuatro residuos isoprenoides, uno de los cuales es insaturado. Las menaquinonas tienen una cadena lateral compuesta de un número variable de residuos isoprenoides insaturados, generalmente designados como MK-n, donde la letra n especifica el número de isoprenoides. Se acepta generalmente que la naftoquinona es el grupo funcional, así que el mecanismo de acción es similar para todas las formas de la vitamina K. Se pueden esperar diferencias sustanciales, sin embargo, con respecto a la absorción intestinal, transporte, distribución a los tejidos y biodisponibilidad. Estas diferencias son causadas por las diferentes afinidades por lípidos de las cadenas laterales, y por las diversas matrices del alimento en las cuales ocurren.
Síntesis Su biosíntesis está vinculada a la ruta del 1,4-dihidronaftoato, en donde el precursor se oxida a la quinona (componente de la molécula que es esencial para animales, por eso la denominación del compuesto como "vitamina"), se descarboxila y se alquila con una cadena poliprenólica de entre 1 y 15 unidades isoprénicas. Todos estos pasos los lleva a cabo una enzima, la 1,4-dihidroxi-2-naftoato polipreniltransferasa (EC 2.5.1.74). La metilación se realiza mediante una segunda enzima con SAM como coenzima, la S-adenosil-L-metionina:desmetilmenaquinona metiltransferasa (EC:2.1.1.163)Koike-Takeshita A, Koyama T, Ogura K. Identification of a novel gene cluster participating in menaquinone (vitamin K2) biosynthesis. Cloning and sequence determination of the 2-heptaprenyl-1,4-naphthoquinone methyltransferase gene of Bacillus stearothermophilus. J. Biol. Chem. 272 (1997) 12380-3. centro|800px
Función Las diferentes funciones asociadas a la vitamina K, en realidad se basan en la actividad como cofactor en la síntesis de las llamadas proteínas Gla, aquellas que contienen residuos de ácido gammacarboxiglutámico (Gla), un aminoácido común en todas las proteínas dependientes de la vitamina K. Hasta el momento, catorce proteínas humanas dependiente de la vitamina K que contienen dominio Gla han sido descubiertas y juegan un papel clave en la regulación de tres procesos fisiológico: Coagulación de la sangre: (protrombina (factor II), Factores VII, IX, X, proteína C, proteína S y proteína Z).Mann KG. "Biochemistry and physiology of blood coagulation". Thromb. Haemost. 1999; 82 (2): 165 - 74. PMID 10605701. Metabolismo óseo: osteocalcina, también llamada proteína-Gla ósea (BGP siglas en inglés), y proteína gla de la matriz(MGP).Price PA. "Role of vitamin-K-dependent proteins in bone metabolism". Annu. Rev. Nutr. 1988; 8: 565 - 83. doi:10.1146/annurev.nu.08.070188.003025. PMID 3060178. Biología vascular.Berkner, K. L., Runge, K. W. «The physiology of vitamin K nutriture and vitamin K-dependent protein function in atherosclerosis.» J. Thromb. Haemost. 2004; 2 (12): 2118 - 32. doi:10.1111/j.1538-7836.2004.00968.x. PMID 15613016.
Los residuos Gla son esenciales para la actividad biológica de todas las proteínas y minerales conocidas como proteínas Gla.Furie, B., Bouchard, B. A., Furie, B. C. «Vitamin K-dependent biosynthesis of gamma-carboxyglutamic acid.» Blood 1999;93 (6): 1798 - 808. PMID 10068650. La vitamina K está involucrada en la carboxilación de ciertos residuos glutámicos de proteínas que forman residuos gamma-carboxiglutamatos (abreviado como Gla-residuos). Estos residuos modificados se sitúan dentro de los dominios específicos de la proteína llamados los dominios de Gla. Los residuos Gla usualmente están implicados en la unión del calcio.
Función en la célula La función precisa de la Vitamina K no fue descubierta hasta 1974, cuando tres laboratorios aislaron el factor de coagulación protrombina dependiente de la vitamina K (Factor II), en vacas que recibieron una alta dosis de un antagonista de Vitamina K: Warfarina. Se demostró que mientras que las vacas tratadas con warfarina tenían una forma de protrombina que contenía diez residuos del aminoácido glutamato cerca del amino terminal de esta proteína, las vacas no tratadas contenían diez residuos inusuales, los cuales eran químicamente identificados como gamma-carboxiglutamatos o Gla. El grupo carboxilo extra en Gla; era claro que la vitamina K jugaba un papel importante en la reacción de carboxilación durante el cual Glu es convertido a Gla.
El mecanismo por el cual la vitamina K convierte Glu en Gla, ha sido aclarado hace más de treinta años en laboratorios académicos a través del mundo. Dentro de la célula, La Vitamina K experimenta una reducción de electrón hacia una forma de la vitamina K reducida (llamada vitamina K hidroquinona) por la enzima epóxido-reductasa.Oldenburg J, Bevans CG, Muller CR, Watzka M, Vitamin K epoxide reductase complex subunit 1 (VKORC1): the key protein of the vitamin K cycle, Antioxidants and Redox Signaling, 2006, 8(3-4):347-53. Review. PMID 16677080 Otra enzima oxida entonces a la vitamina K hidroquinona para permitir la carboxilación de Glu a Gla; esta enzima es llamada gamma-glutamil carboxilasaSuttie JW, Vitamin K-dependent carboxylase, Annual Review of Biochemistry,1985, 54:459-77. Review. PMID 3896125Presnell SR, Stafford DW, The vitamin K-dependent carboxylase, Thrombosis and Haemostasis, 2002, 87(6):937-46. Review. PMID 12083499 o carboxilasa dependiente de vitamina K. La reacción de carboxilación solo procederá si la enzima carboxilasa está disponible para oxidar la vitamina K hidroquinona a vitamina K epóxido al mismo tiempo; las reacciones de carboxilación y epoxidación son llamadas reacciones acopladas. El epóxido de vitamina K es entonces reconvertido a vitamina K por la vitamina K epóxido reductasa. Estas dos enzimas conforman el llamado ciclo de la vitamina K.Stafford DW, The vitamin K cycle, Journal of Thrombosis Haemostais, 2005, (8):1873-8. Review. PMID 16102054 Una de las razones por las cuales es raramente deficiente en la dieta humana es porque la vitamina es continuamente reciclada en nuestras células.
La warfarina y otras drogas cumadinas bloquean la acción de la epóxido reductasa.Whitlon DS, Sadowski JA, Suttie JW, Mechanisms of coumarin action: significance of vitamin K epoxide reductase inhibition, Biochemistry, 1978, 17:1371 - 7. PMID 646989 Esto resulta en disminución en las concentraciones de la vitamina K e hidroquinona en los tejidos, e igualmente las reacciones de carboxilación realizadas por la Glutamil Carboxilasa son ineficientes. Esto conduce a la producción de factores de coagulación con una disminución parcial o completa de residuos Gla. Sin los residuos Gla sobre el amino Terminal de estos factores, ellos no logran mantener estable el endotelio de los vasos sanguíneos y no pueden activar la coagulación que permite la formación de un coágulo durante una lesión o daño al tejido. Como la administración de Warfarina a un paciente suprime la respuesta de coagulación, debe ser cuidadosamente monitoreada para evitar sobredosis.
Proteínas Gla En el presente, las siguientes proteínas-Gla han sido caracterizadas por el nivel de su estructura primaria: los factores de coagulación II (protrombina), VII, IX, y X, las proteínas anticoagulantes: proteína C y S, y el Factor proteína Z. La proteína Gla ósea osteocalcina, la proteína inhibitoria de calcificación Matriz Gla-proteína (MGP), el gen específico de regulación de crecimiento celular 6 proteína (Gas6) puede funcionar como un factor de crecimiento que activa el receptor Axl de tirosina cinasa y estimula la proliferación celular o previene la apoptosis en algunas células. En todos los casos en los cuales su función es conocida, la presencia de residuos Gla en estas proteínas resulta ser esencial para la actividad funcional.
Las proteínas Gla son conocidas que existen en una amplia variedad de vertebrados: mamíferos, pájaros, reptiles y peces. El veneno de un número de serpientes australianas activan el sistema de coagulación sanguíneo en el humano. Remarcadamente, en algunos casos la activación es acoplada por una enzima que contiene residuos Gla en la serpiente que se liga al endotelio de los vasos sanguíneos humanos y cataliza la conversión de factores de coagulación procoagulantes en factores activados, conduciendo a una coagulación no deseada y potencialmente mortal.