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维生素K

维生素K
药物种类
Vitamin K structures.svg
维他命K结构。
MK-4及MK-7都是维他命K2的亚型。
用途维他命K缺乏症英语Vitamin K deficiency, 华法林过量英语Warfarin#Overdose
生物目标γ-谷氨酰羧化酶英语Gamma-glutamyl carboxylase
ATC代码B02BA
外部链接
MeSHD014812
AHFS/Drugs.com医学百科

维他命K(英语:Vitamin K)指的是食物中结构相似于脂溶性维他命的一种物质,那是萘醌基的衍生物2-甲萘醌,具疏水性,它是一些特定蛋白质转译后所必需的,尤其是血液凝固中必备的蛋白质,并作为膳食补充剂销售。人体某些蛋白质需要维他命K作为合成后修饰以作血液凝血(K来自“凝血(koagulation)”一词),或用于控制骨骼中的和其他组织。完全合成涉及通过使用维他命K作为辅因子的酶γ-谷氨酰羧化酶英语Gamma-glutamyl carboxylase对这些所谓Gla蛋白英语Gla domain进行的最终修饰。未羧化蛋白质的存在显示著维他命K的缺乏。羧基化使它们能够结合钙离子(螯合物),否则它们将无法结合。若没有维他命K,血液的凝结会严重受损,并且会发生无法控制的出血。研究表明,维他命K的缺乏也可能削弱骨骼,潜在地导致骨质疏松症,并可能促进动脉和其他软组织的钙化

化学上,维他命K家族包括了2-甲基-1,4-萘醌(3-)衍生物。维他命K包括两种天然维他命:维他命K1|维他命K2。维他命K2依次由许多相关的化学亚型组成,它们的碳侧链的长度由类异戊二烯英语Isoprene#isoprenoids原子组构成。研究最多的两个是甲萘醌4(MK-4)和甲萘醌7(MK-7)。

维他命K1由植物制成,在绿叶蔬菜中含量最高,因为它直接参与了光合作用。它在动物中作为维他命具有活性,并具有维他命K的经典功能,包括其在凝血蛋白生产中的活性。动物还可以将其以MK-4(称为甲萘醌)的形式将其转化为维他命K2肠道菌群中的细菌也可以把维他命K1转换为MK-4。MK-4以外的所有形式的维他命K2只能由细菌产生,而细菌在无氧呼吸英语Anaerobic respiration时会利用它们,因此缺乏维他命K是极为罕见的状况,除非肠道有严重损伤。维他命K3(甲萘醌)及维他命K4是维他命K的人工合成形式,用于治疗维他命K缺乏症,但是由于它会干扰谷胱甘肽的功能,因此不再使用这种方法。

定义

维他命K是指这种维他命的几种形式,即从食物中吸收的必需营养素和合成产物,以及作为多种维他命的一部分或作为单一维他命膳食补充剂作销售,和用于特定用途的处方药物。所有维他命K的结构都相似:它们共享一个“”环,但碳尾部分的长度和饱和度,以及“侧链”中重复的异戊二烯单元数量也有所不同(如图)。侧链的长度影响脂质溶解度,因此输送到不同的靶组织。维他命K1叶绿醌)主要在绿叶蔬菜中发现,例如菠菜莙荙菜莴苣,和甘蓝蔬菜如羽衣甘蓝花椰菜西兰花抱子甘蓝。食物也可以是维他命K2(甲萘醌)的来源,根据类异戊二烯链的长度,其具有MK-4至MK-10的变体。由细菌发酵大豆而制成的纳豆是MK-7的丰富食物来源。甲萘醌长链主要是来自细菌,其中包括人大肠中的细菌,并通过肠壁吸收。然而,某些动物组织会将维他命K1转换为MK-4,因此动物来源食物也可能是维他命K2的来源。在美国,维他命K1以及维他命K2的MK-4和MK-7变体作为膳食补充剂出售,每剂量从100-500微克。药物用途是用于治疗华法林过量或中毒,并作为对新生儿的预防性治疗,以防止婴儿出现维他命K缺乏症引起的出血后果。

物理性质

维他命K1

维他命K1

  • 分子式:C31H46O2
  • 分子量:450.71 g/mol
  • 密度:0.97 g/cm3
  • 熔点:-20 °C
  • 沸点:140-145 °C
  • 外观:黄色油状
  • 溶解性:不溶于水,难溶于甲醇,可溶于其他各种有机溶剂。
维他命K2

维他命K2(MK-7)

  • 熔点:54 °C
  • 外观:黄色结晶
  • 溶解性:不溶于水,难溶于甲醇,可溶于其他各种有机溶剂。
  • 所有的K类维生素都抗热和水,但易遭酸、碱、氧化剂和光(特别是紫外线)的破坏
维生素K3

维他命K缺乏症

均衡饮食通常不会出现维他命K缺乏症英语Vitamin K deficiency,健康的成年人很少会有原发性的缺乏症。新生婴儿出现缺乏的风险增加。维他命K缺乏症患病率上升的人口中包括那些患有肝病的人,例如酗酒囊肿性纤维化炎症性肠病、或最近进行过腹部手术的人。继发性维他命K缺乏症会发生于神经性暴食症患者、饮食严格的人,以及服用抗凝剂的人身上。其他与维他命K缺乏症有关的药物包括水杨酸巴比妥类药物头孢孟多酯,尽管其作用机理尚未清楚。维他命K缺乏症已被定义为对维他命K具反应的低凝血酶原血症,会增加凝血酶原时间,因此可能导致出现一种出血性疾病—凝血病。维他命K1缺乏症的症状包括贫血瘀斑流鼻血及男女牙龈出血和女性月经大量出血。

冠状动脉疾病跟维他命K2水平较低有关。维他命K2(从MK-4到MK-10的甲基萘醌)的摄入量与严重主动脉钙化和全因死亡率成反比。

食物来源

叶绿醌广泛分布于动物性和植物性食物中,柑橘类水果每100克含量少于0.1μg,牛奶含量为每100毫升1μg,菠菜、羽衣甘蓝每100克含量为400μg。而大多数日常食物中都没有甲萘醌,它在肝中每100克含量为13μg,某些干酪每100克含量为2.8μg。维他命K于纳豆中含量较高。

维他命K1

食物(经烹煮) 分量 维他命K1含量 (μg) 食物(新鲜) 分量 维他命K1含量 (μg)
羽衣甘蓝 12 265 香芹 14 246
菠菜 12 444 菠菜 1 杯 145
宽叶羽衣甘蓝 12 418 宽叶羽衣甘蓝 1 杯 184
莙荙菜 12 287 莙荙菜 1 杯 299
绿色的芥菜类蔬菜 12 210 绿色的芥菜类蔬菜 1 杯 279
绿色的芜菁 12 265 绿色的芜菁 1 杯 138
西兰花 1 杯 220 西兰花 1 杯 89
抱子甘蓝 1 杯 219 苣荬菜 1 杯 116
卷心菜 12 82 绿色卷心菜 1 杯 71
美国国立卫生研究院药物营养相互作用小组临床中心提供的“服用华法林(Coumadin)和维他命K时需要知道的重要信息”列表。

对于获处方华法林(一种维他命K对抗药)的人士,尽管其中一些植物来源的维他命K1含量很高,医学建议不要完全避免食用这些食物(也许羽衣甘蓝和菠菜除外),而是要保持维他命K的摄入量尽可能一致,从而使维他命摄取与华法林的结合使抗凝活性保持在治疗范围之内。对于植物中的维他命K,跟膳食补充剂中的维他命相比,在叶绿体中的类囊体膜紧密结合,无论是新鲜的还是经烹煮的,使其生物利用度会降低。

维他命K2

维他命K2可于鸡蛋,乳制品和肉类以及发酵食品如酸奶等中找到。以大豆发酵细菌制成的纳豆是MK-7的丰富食物来源。

膳食建议

美国医学研究院(IOM)于1998年更新了维他命K的估计平均需求量(EARs)和建议摄取量(RDA)。IOM不能区分维他命K1与维他命K2 — 故两者都列为维他命K。当时,尚未有足够的资料来建立维他命K的估计平均需求量及建议摄取量。在诸如这些的情况下,委员会设定了足够摄入量(AI),但知道日后会有更准确的资料以取代它。

年龄 每天所需分量(μg
12个月以下的婴儿 2.0–2.5
1至18岁的儿童 30 - 75(随着年龄的增长而增加)
怀孕期女性 90
哺乳期女性 90
19岁及以上的成年女性 90
19岁及以上的成年男性 120

对于安全性,IOM会在证据充分的情况下替维他命和矿物质设定可忍受的最高摄入量(UL)。维他命K并没有可忍受的最高摄入量,因为有关高剂量的不良反应的人类数据并不足以制订。总括来说,EAR、RDA、AI和UL称为参考膳食摄取量

欧洲食品安全管理局英语European Food Safety Authority(EFSA)把这些资料的集合称为膳食参考值,以人口参考摄入量(PRI)取代RDA,并以平均需求量取代EAR。在美国,AI和UL的定义都是相同的。对于1-17岁的儿童,AI值会随年龄增长每天从12μg增加至65μg。日本把人们的AI值设定为男性每天75μg,女性每天65μg。EFSA和日本的AI都低于美国的RDA。EFSA和日本也对安全性进行了审查,并与美国一样得出结论,认为没有足够的证据确定维他命K的UL。

化学结构

维生素K是一族类似结构的化合物,其共同有甲基化萘醌环,但是在3号位置上的烃侧链则不同。叶绿醌(Phylloquinone。也称为维生素K1)侧链上具四个异戊二烯(isoprenoid)残基,其中一个是不饱知的。甲萘醌(Menaquinone,维生素K2)侧链上不饱知的异戊二烯链的数目不等,通常简称为MK-n,n代表异戊二烯链的数目。MK-4,5,7与维生素K1活性相等。MK-1只有维生素K1的1%活性,MK-10也只有30~49%的活性。甲萘醌(Menadione,维生素K3)是人工合成产物,但具有毒性。

生理学

维生素K参与某特定的蛋白质中的谷氨酸的γ位置的羧化作用,这些γ-羧基谷氨酸(缩写为Gla)参与钙离子结合,而具 Gla残基对活性是必需的蛋白质统称Gla-蛋白质。目前,有14个人类的Gla-蛋白质被发现,它们参与以下生理作用:

  • 调节凝血蛋白质合成 凝血(凝血酶原(FactorⅡ),凝血因子Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ,C-蛋白质,S-蛋白质和Z-蛋白质);
  • 钙化组织中维生素K依赖蛋白质 成骨细胞合成3种维生素K依赖Gla蛋白质。骨质新陈代谢;
  • 血管;
  • 在大脑硫脂代谢中可能有作用

疾病中角色

维生素K发生缺乏的原因是由于在肠中吸收被干扰(例如胆管阻塞)或由于治疗或意外服用维生素K拮抗剂,而因营养缺乏引致维生素K缺乏症是很罕见的。由于维生素K的缺乏而使Gla 残基不能或只部分生成,因此Gla蛋白质是不活化。以上提及的三个生理功能缺乏控制也许会导致:不可控制大出血风险、软骨钙化和严重变形的骨质生长、不可溶的钙盐沉积在动脉壁上。

新生儿维生素K缺乏

新生儿有许多原因会造成维生素K缺乏。他们出生的时候可能会缺乏维生素K,原因是这种维生素不易从母体经由胎盘进入胎儿体内,经由母乳哺育提供的维生素K不足,而且胎儿肠道的产维生素K的细菌仍未进入,还有一个因素是肝脏未臻成熟,因此有些新生儿此维生素会很少。

发现

在20年代晚期,丹麦科学家Henrik Dam研究以胆固醇量低饲料养鸡观察胆固醇的角色。几个星期后,动物被开始有出血现象和开始流血。这些毛病不能以增加胆固醇量低饲料来恢复健康。似乎暗示某化合物与胆固醇一起从食物被提取出来,因外这种化合物称凝血维生素。这个新的维生素以K标示是因为最初的发现在德国学报报告,德文便是Koagulations 维生素。圣路易士大学的Edward Adelbert Doisy 再加以研究,因比发现其结构及化学特性。Dam 和Doisy 在维生素K 的研究贡献而同时分享1943 年医学诺贝尔奖。Louis Fieser 是第一个成功以化学合成这维生素。

几十年来,患维生素缺乏症的鸡模型是定量测量各种食物中的维生素K的唯一方法 :小鸡先被引起维生素K缺乏症,然后被喂食已知含量的维生素K 的食物。血液凝集被饮食恢复的程度被采用为其维生素K 含量指标。

1938年,Harry Pratt Smith,Emory Warner,Kenneth Brinkhous,and Walter Seegers 等在 University of Iowa病理系医生报导第一个成功以维生素K治疗因prothrombin 缺乏的黄疸病病人出血的致命危险。但当时维生素K 的精确作用尚未被发现。直到1974 年,Stenflo 等从服用大剂量的维生素K拮抗剂warfarin母牛中分离出维生素K-依赖的凝血酶原(Factor Ⅱ)。正常的凝血酶原含有10个不寻常的氨基酸残基,且后来被确认为γ-羧化谷氨酸(Gla)。但从warfarin处理过的母牛分离之凝血酶原却有正常谷氨酸,因此便称为去羧基凝血酶原descarboxyprothrombin。额外羧基在Gla 上明显的证明维生素K 作为将谷氨酸Glu转换成Gla的羧化反应的角色。

Gla-蛋白质

现在,人类的Gla蛋白质特性被了解已有一定程度:凝血因子Ⅱ(凝血酶原)、Ⅶ、Ⅸ和Ⅹ,C和S-抗凝血蛋白质和以凝血酶为标的Z-蛋白质、骨钙蛋白(骨Gla蛋白质)、钙化抑制基质Gla蛋白质(matrix gla protein,MGP),细胞生长调控的特殊抑长基因6 蛋白质(Gas6)和当前功能仍未知的穿膜Gla蛋白质。Gas6可能透过活化Axl 接受器酪氨酸激酶和刺激细胞增生或防止细胞凋亡。在以上为人所知的例子中,Gla残基的是功能必需的。

现已知Gla蛋白质存在于各种脊椎动物:哺乳动物、鸟、爬行动物和鱼。一些澳大利亚蛇毒液便由活化人血凝结的系统。有些情况,活化作用由Gla蛋白质与磷酸质膜结合因此转化前凝血因子(procoagulant)成活化态。

由无脊椎动物地纹芋螺(Conus geographus)产生的Gla蛋白是由芋螺毒素(conantokins)形成。这些蜗牛产生的神经毒素具有富含Gla的肽,而且足以杀害成年人。

外部链接


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