Kofaktors karboksilēšanas reakcijās
K vitamīna spēlē būtisku lomu kā kofaktors koagulācijas pārveidošanā proteīni to koagulanta formās. Šajā procesā K vitamīns ir iesaistīts karboksilēšanas reakcijā, lai ievadītu karboksilgrupu organisko savienojumu specifiskos glutamīnskābes atlikumos, kas atkarīgi no K vitamīna proteīni lai veidotu gamma-karboksiglutamīnskābes (Gla) atlikumus. Arī fermentam karboksilāze, kas nepieciešama šai reakcijai, ir K vitamīns-atkarīgs. No K vitamīna atkarīgo olbaltumvielu glutamila atlikumu karboksilēšanas rezultātā veidojas:
- Hemostāzes (hemostāzes) olbaltumvielas - II asins koagulācijas faktors (protrombīns), VII (prokonvertīns), IX (Ziemassvētku faktors) un X (Stjuarta faktors), kā arī plazmas olbaltumvielas C un S
- Kaulu metabolisma olbaltumvielas - attiecīgi osteokalcīns un kaula Gla proteīns (BGP), matricas Gla proteīns (MGP), kā arī proteīns S
- Izaugsmes regulēšana proteīni - Augšanas apstāšanās specifiska gēns 6 (gāze6).
- Tiek uzskatīts, ka olbaltumvielas, kuru funkcija nav zināma - ar proteīniem bagāts Gla proteīns 1 (RGP1) un 2 (RGP2) un proteīns Z - RGP1 un RGP2 spēlē lomu šūnu signālā.
Turklāt mazāk sintezēti proteīni tiek sintezēti niere (nefrokalcīns), liesa, aizkuņģa dziedzeris, plaušu un citi audi. Galvenokārt koagulācijas olbaltumvielu un osteokalcīns ir izskaidrots. Citu fizioloģiskā nozīme kalcijssaistošās olbaltumvielas joprojām nav plaši zināmas.
Hemostāzes-asins koagulācijas faktora II, VII, IX un X proteīni
Koagulācijas faktori II, VII, IX un X, kas veidojas no K vitamīna atkarīgās karboksilēšanas laikā, kā arī plazmas olbaltumvielas C un S, ir ārkārtīgi svarīgi normālas attīstības procesā asinis koagulācija. Tāpēc K vitamīnu var raksturot kā koagulācijas vitamīnu ar anti-hemorāģisku (asiņošanu mazinošu) iedarbību. Turklāt asinis koagulācijas olbaltumvielas ietekmē kaulu metabolismu. No K vitamīna atkarīgie VIIa un X faktori asinis koagulācija stimulē sintēzi cisteīns- bagāts proteīns 61 (hCYR61) un saistaudi augšanas faktors (CTGF). HCYR61 un CTGF kā ekstracelulārās matricas sastāvdaļas ir būtiskas izaugsmei un angiogenezei (jauns asinsvads veidošanos) un tādējādi kaulu attīstībai, kā arī remonta un pārveidošanas fāzēs.
Kaulu metabolisma olbaltumvielas - osteokalcīns (BGP)
Osteokalcīns, ko veido karboksilēšana osteoblastos, ir īpaši svarīga. Tas ir kaulu audu ārpusšūnu matricas (ECM) sastāvdaļa un veido 2% no kopējā olbaltumvielu satura kaulos. Tā kā ir konstatēts, ka kaulu olbaltumvielu līmenis paaugstināta laikā notiek pastiprinātas kaulu pārveidošanas un atjaunošanas laikā, osteokalcīns ir būtiska kaulu veidošanai.
K vitamīna reģeneratīvais cikls olbaltumvielu karboksilācijā
Kamēr koagulācijas olbaltumvielu neefektīvie akarboksi prekursori, agrāk PIVKA (proteīns, ko izraisa K vitamīna trūkums vai antagonists), tiek pārveidoti par to bioloģiski aktīvajām formām, pateicoties K vitamīnam atkarīgās karboksilāzes aktivitātei, KH2 vitamīna (hidroksilētā K vitamīna) pārveidošanai par vitamīnu Notiek K-2,3-epoksīds. Lai atkal būtu pieejams koagulācijas prekursoru karboksilēšanai, K vitamīns ir jāatjauno. Šim nolūkam karboksilāze tagad darbojas kā K vitamīna epoksidāze. Visbeidzot, epoksīda reduktāze pārveido K-2,3-epoksīdu atpakaļ par dabisko K vitamīnu (hinonu). Pēdējo soli K vitamīna reģenerācijas ciklā veic K vitamīna reduktāze. Tā rezultātā vietējais K vitamīns tiek samazināts par hidroksilētu K vitamīnu (KH2 vitamīns). Lai viss karboksilēšanas process optimāli notiktu pie endoplazmas retikuluma membrānas, K-2,3-epoksīds ir nepārtraukti jāatjauno līdz KH2 vitamīnam. Kad karboksilēšanas process ir pabeigts, olbaltumvielas tiek transportētas šūnas endoplazmatiskajā tīklā (strukturāli bagāta šūnu organelle ar dobumu kanālu sistēmu, ko ieskauj membrānas) un pēc tam izdalās.
Karboksilēšanas reakcijas vietas
K vitamīna atkarīgo olbaltumvielu karboksilēšana ir būtiska to attiecīgajām olbaltumvielu funkcijām. Tas notiek aknas no vienas puses un kaulu osteoblastos, no otras puses. Tomēr olbaltumvielas citos audos var karboksilēt arī no K vitamīna atkarīgā karboksilāze. Piemēram, protrombīns tiek sintezēts muskuļu audos.
Nepilnīga karboksilēšana
Var rasties nepilnīgi karboksilēti proteīni, piemēram, samazināta K vitamīna uzņemšanas dēļ vai ārstēšanas laikā ar K vitamīna antagonistiem, piemēram, kumarīnu vai varfarīnu. Zemas karboksilēšanas gadījumā (karboksilējot “UC”) olbaltumvielas nevar izdalīt ar endoplazmas retikulumu - attiecīgi tās uzkrājas lielākā mērā. Koagulācijas aktīvo olbaltumvielu nepietiekama karboksilēšana galu galā izraisa koagulācijas kaskādes inhibīciju un palielina asiņošanas tendence (hemorāģiskā diatēze). Ja kaulu Gla olbaltumvielu (BGP, MGP) karboksilēšana ir samazināta, palielināta kalcijs un hidroksiprolīns caur urīnu var izraisīt traucējumus kaulu mineralizācijā, kā arī malformācijas gan attīstības laikā, gan pieaugušā vecumā. MGP ir viens no vissvarīgākajiem proteīniem, kas kavē audu kalcifikāciju. Tāpēc MGP trūkumi var vadīt paaugstinātai pārkaļķošanai kuģi un kauli un tādējādi veicināt divu plaši izplatītu slimību aterosklerozes (artēriju sacietēšanas) un osteoporoze (kaulu zudums). Pamatojoties uz pētījumiem, tika novērota zema olbaltumvielu karboksilēšana osteoporoze pacienti.