miniatura|Vitamina K1 (filoquinona).). Ambdues contenen un anell funcional de nafotquinona i una cadena lateral alifàtica. La filoquinona té un anell lateral fitil. miniatura|Vitamina K₂ (menaquinona). En la menaquinona la cadena lateral està constituïda per un nombre variable de residus isoprenoides.
Vitamina K (K de Koagulationsvitamin, en Alemany i Escandinau) fa referència a un grup de vitamines liposolubles, hidròfobes, que són necessàries per a la modificació post-traduccional de certes proteïnes, majoritàriament requerides per la coagulació sanguínia. Químicament són derivats del 2-metil-1,4-naftoquinona. La vitamina K1 també és coneguda com a filoquinona o fitomenadiona (també anomenada fitonadiona). La vitamina K2 (menaquinona, menatetrenona) és produïda normalment per bacteris a l'intestí gros, i una deficiència en la dieta és extremadament estranya a menys que els intestins estiguin enormement danyats. En aquest cas, són incapaços d'absorbir la molècula. També pot ser causada per la producció disminuïda per la microbiota normal, com s'ha vist en l'ús d'antibiòtics d'espectre ampli. Hi ha tres formes sintètiques de vitamina K: vitamines K3, K4 i K5, que són utilitzades en moltes àrees, com ara la indústria d'alimentació per a mascotes (vitamina K3), i per inhibir la proliferació fúngica.
Estructura química Totes les vitamines del grup de les vitamines K comparteixen una estructura d'anell metilat de naftoquinona, i varia a la cadena lateral alifàtica unida a la posició 3 (vegeu figura 1). La filoquinona, també coneguda com a vitamina K1, conté invariablement en la cadena lateral alifàtica quatre residus isoprenoides, un dels quals és insaturat. La menaquinona presenta cadenes laterals constituïdes per un nombre variable de residus isoprenoides insaturats; generalment aquests són designats com MK-n, sent n el nombre d'isoprenoides. Generalment s'accepta que la naftoquinona és el grup funcional, de manera que el mecanisme d'acció és similar per totes les vitamines K. No obstant, hi ha diferències substancials amb relació a l'absorció intestinal, transport, distribució pels teixits i biodisponibilitat. Aquestes diferències són causades per la diferent liposolubilitat de les cadenes laterals variables, i per les diferents matrius alimentàries en la qual es produeixen.
Fisiologia La vitamina K està relacionada amb la carboxilació de determinats residus de glutamat en proteïnes per formar residus gamma-carboxiglutamat (residus Gla, abreviadament). Els residus modificats estan freqüentment (però no sempre) situats a l'interior de dominis proteics específics anomenats dominis Gla. Els residus Gla estan normalment involucrats en la unió de calci, i són essencials per l'activitat biològica de totes les proteïnes Gla conegudes. Fins ara han set descobertes 14 proteïnes amb dominis Gla, i aquests tenen papers clau en la regulació de tres processos biològics: la coagulació sanguínia (protrombina, factor VII, factor IX, factor X, proteïna C, proteïna S, i proteïna Z); el metabolisme ossi (osteocalcina, també coneguda com a proteïna Gla òssia(BGP), i proteïnes gla de matriu (MGP), i la biologia vascular.
Quantitats recomanades La ingesta dDietètica de referència dels Estats Units per una ingesta adequada de vitamina K per un home de 25 anys d'edat és 120 micrograms per dia. La ingesta adequada d'aquest fitonutrient per una dona adulta és de 90 micrograms per dia. Per infants, aquesta quantitat és de 10-20 micrograms per dia, i per adolescents, de 15-100 micrograms per dia. El 2002 es va descobrir que per aconseguir la màxima carboxilació d'osteocalcina, un individu hauria de prendre fins a 100 µg de vitamina K1. Com altres vitamines liposolubles (A,D,E), la vitamina K s'emmagatzema en el teixit gras del cos humà.
Toxicitat Encara que la reacció al·lèrgica per suplementació és possible, no s'ha establert toxicitat per altes dosis de la forma filoquinona (vitamina K1) o menaquinona (vitamina K2) de la vitamina K i, per tant, no s'ha establert un nivell de consum tolerable. No obstant, una forma sintètica de la vitamina K, la vitamina K3 (menadiona), és manifestament tòxica. De fet, l'Administració d'Aliments i Fàrmacs dels Estats Units (FDA, de l'anglès Food and Drug Administration) va prohibir la venda lliure d'un excés de suplements d'aquesta forma sintètica de la vitamina perquè altes dosis han causat reaccions al·lèrgiques, anèmia hemolítica, i citotoxicitat en cèl·lules del fetge.
Interaccions amb altres medicaments La menaquinona (vitamina K2) és capaç de bloquejar l'acció constrictora de la sang d'anticoagulants com warfarina, que actua interferint en l'acció de la vitamina K1. També reverteix la tendència d'aquests medicaments de causar calcificació de les artèries a llarg termini.
Fonts La vitamina K1 es troba principalment en hortalisses verdes com ara espinacs, bleda o cols (per exemple coliflor, bròquils, cols, cols arrissades, cols de Brussel·les); algunes fruites com ara alvocat o kiwi també presenten una quantitat important de vitamina K. Com a referència, dos cullerades de julivert contenen el 153 per cent de la quantitat diària recomanada de vitamina K.Nutrition Facts and Information for Parsley, raw Alguns olis vegetals, especialment soja, contenen vitamina K, però a nivells que requeririen un alt consum calòric per satisfer els nivells recomanats pel Departament d'Agricultura dels Estats Units.Nutrition facts, calories in food, labels, nutritional information and analysis – NutritionData.com Es pensa que l'estreta unió de la filoquinona a la membrana dels til·lacoides dels cloroplasts és la causa de l'escassa biodisponibilitat de la vitamina K en plantes verdes. Per exemple, els espinacs cuinats tenen un 4 per cent de biodisponibilitat de filoquinona. No obstant, si s'afegeix margarina als espinacs, la biodisponibilitat s'incrementa un 13 per cent a causa de l'augment de la solubilitat de la vitamina K als greixos. La menaquinona-4 i menaquinona-7 (vitamina K2) són presents a la carn, als ous, als productes làctics i al natto, MK-4 és sintetitzat pels teixits animals, i la resta (MK-7) és sintetitzada per bacteris durant la fermentació. Al natto el 0% de la vitamina K prové de MK-4 i al formatge entre el 2 i el 7%%.
Deficiència Les dietes mitjanes no presenten normalment una falta de vitamina K i una deficiència primària de vitamina K és estranya en adults sans. Els infants nounats presenten un risc major de deficiència. Altres grups amb una augmentada prevalença de deficiència de vitamina K poden ser individus que pateixen problemes o malalties al fetge (per exemple alcohòlics), persones que pateixen fibrosi quística, malalties inflamatòries a l'intestí o persones que recentment van rebre cirurgia abdominal. Grups que podrien patir deficiència secundària de vitamina K poden ser persones bulímiquess, persones que tenen dietes estrictes, i aquells que prenen anticoagulants. Altres medicaments que han estat associats amb una deficiència de vitamina K inclou salicilats, barbitúrics, cefamandol, encara que el mecanisme és desconegut encara. No hi ha diferència entre sexes; tant homes com dones són afectats de la mateixa manera. Alguns símptomes de deficiència inclouen sagnat menstrual abundant en dones, anèmia, blaus, i sagnat per les genives o pel nas. L'osteoporosi i malalties coronàries del cor estan estretament relacionades amb baixos nivells de vitamina K2 (menaquinona). La menaquinona no s'inhibeix per salicilats com passa amb la vitamina K1, de forma que la suplementació de menaquinona pot alleujar la deficiència crònica de vitamina K causada per l'ús d'aspirina a llarg termini.
Bioquímica Descobriment El 1929, el científic danès Henrik Dam va investigar el paper del colesterol alimentant pollastres amb una dieta amb dèficit de colesterol. Després d'unes setmanes, els animals desenvoluparen hemorràgies i començaren a sagnar. Aquests defectes no es van poder restaurar afegint colesterol purificat a la dieta. Semblava que –juntament amb el colesterol- un segon component havia set extret del menjar, i aquest component fou anomenat Koagulationsvitamin. La nova vitamina va rebre la lletra “K” perquè els descobriments inicials havien set mostrats en una revista alemanya, en la qual va ser designada «vitamina de coagulació». Edward Adelbert Doisy, de la Universitat de Sant Lluís, va realitzar gran part del treball de recerca que va conduir al descobriment de l'estructura i naturalesa química de la vitamina K.
Dam i Doisy van compartir el Premi Nobel de Medicina de 1943 pel seu treball en la vitamina K. Diversos laboratoris sintetitzaren el compost el 1939. Durant diverses dècades el model de la deficiència de la vitamina K dels pollets va ser l'únic mètode de quantificar la vitamina K en diversos menjars: els pollets tenien deficiència de vitamina K i subsegüentment alimentats amb quantitats conegudes de vitamina K contingudes en els aliments. La mesura en què la coagulació sanguínia era restaurada per la dieta es prenia com indicador del contingut de vitamina K. Tres grups de físics independents van arribar a aquestes conclusions: Institut de Bioquímica, Universitat de Copenhage (Dam i Johannes Glavind); Universitat d’Iowa, Departament de Patologia (Emory Warner, Kenneth Brinkhous, i Harry Pratt Smith), i la Mayo Clinic (Hugh Butt, Albert Snell, and Arnold Osterberg)Dam, Henrik (December 12, 1946). The discovery of vitamin K, its biological functions and therapeutical application. Nobel Prize lecture El primer reportatge publicat d'un tractament exitós amb vitamina K d'hemorràgia perillosa per a la vida en un pacient amb icterícia amb deficiència de protrombina es va fer el 1938 per Smith, Warner i Brinkhous.
Funció a la cèl·lula La funció precisa de la vitamina K no va ser descoberta fins al 1974, quan tres laboratoris (Stenflo et al., Nelsestuen et al., i Magnusson et al.) aïllaren el factor protrombina (Factor II) depenent de la coagulació de la vitamina K de les vaques que rebien una alta dosi de l'antagonista de la vitamina K, warfarina. Va quedar demostrat que mentre les vaques tractades amb warfarina tenien una forma de protrombina que contenia 10 residus d'aminoàcids glutamat prop de l'extrem amino terminal d'aquesta proteïna, les vaques normals (no tractades) tenien 10 residus inusuals que van ser identificats químicament com gamma-carboxiglutamat, o Gla. El grup carboxil extra al Gla va mostrar que la vitamina K tenia un paper en la reacció de carboxilació en la qual Glu es convertia en Gla. La bioquímica de com la vitamina K era utilitzada per convertir Glu en Gla havia set descrita durant els trenta anys anteriors en laboratoris acadèmics arreu del món. Dins de la cèl·lula, la vitamina K pateix reducció d'un electró a una forma reduïda de vitamina K (anomenada vitamina K hidroquinona) per l'enzim epòxid reductasa de la vitamina K (VKOR)). Un altre enzim després oxida la vitamina K hidroquinona per permetre la carboxilació de Glu a Gla; aquest enzim és anomenat gamma-glutamilcarboxilasa o carboxilasa depenent de vitamina K. La reacció de carboxilació només tendrà lloc si l'enzim carboxilasa és capaç d'oxidar la vitamina K hidroquinona a vitamina K epòxid al mateix temps; les reaccions de carboxilació i epoxidació semblen ser reaccions acoblades. L'epòxid vitamina K és després reconvertit a vitamina K per l'epòxid reductasa vitamina K. Aquests dos enzims comprenen l'anomenat cicle de la vitamina K]. Una de les raons per la qual la vitamina K és rarament deficitària en la dieta humana és perquè la vitamina K és reciclada contínuament a les nostres cèl·lules.