Витамин К

ВВЕДЕНИЕ

 

История открытия витаминов связана с  изучением роли различных пищевых  веществ в жизнедеятельности  организма. Российский ученый Н.И. Лунин  впервые (1880г.) обратил внимание на то, что, помимо белков, жиров, углеводов, минеральных  солей и воды, животных необходимы некие особые факторы питания, без  которых они заболевают и гибнут. Позже (1912г.) польский исследователь  К. Функ выделил из рисовых отрубей  вещество, предохраняющее людей от заболевания бери-бери, и назвал его витамин (от слов Vita – жизнь, и амин, т.к. это вещество содержало NH2-группу). С тех пор термин витамины стал популярным, хотя в структуру  многих витаминов аминогруппа не входит.

Витамины  обладают исключительно высокой  биологической активностью и  требуются организму в очень  небольших количествах – от нескольких микрограммов до нескольких десятков миллиграммов в день. В отличие  от других пищевых веществ витамины не являются пластическим материалом или источником энергии и участвуют  в обмене веществ в основном как  биокатализаторы.

Витамины  – это необходимые для жизнедеятельности  низкомолекулярные органические соединения, синтез которых у организма данного  вида отсутствует или ограничен.

По  физико-химическим свойствам витамины делят на две группы: водорастворимые (витамины группы В, витамины С, Н, Р) и  жирорастворимые (витамины А, Е, Д, К). Для  обозначения каждого из них существует буквенный символ, химическое название и название с учетом излечиваемого  этим витамином заболевания с  приставкой «анти». Кроме того, для  некоторых витаминов сохранено  наименование, данное им открывшими их авторами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Витамин K был открыт датским исследователем Хенриком Дамом в процессе исследований 1929 - 1935 гг., получившим в 1943 году вместе с американским исследователем Эдвардом Дойзи Нобелевскую премию за открытие и исследование свойств витамина K. Дам изучал метаболизм холестерина  и для выяснения влияния питания  на синтез холестерина в организме  проводил опыты на цыплятах, которым  давали специальную обезжиренную диету. Цыплята заболевали неизвестной  болезнью, если такая диета продолжалась более 2-3 недель. У них возникали  множественные кровоизлияния под  кожей, в мышцах и внутренних органах, а кровь свертывалась очень медленно. Болезнь возникала в результате нехватки неизвестного химического  вещества, которое не совпадало ни с одним из известных к тому времени витаминов. Как сам Дам  рассказал в своей Нобелевской  лекции, он был назван витамином K по немецко-скандинавскому слову Koagulation (свертывание) и оказался первым витамином, названным  от неанглийского слова.

Витамин К — это две группы хинонов  с боковыми изопреноидными цепями: витамин К, (филлохиноны) и витамин  К2 (менахиноны). Филлохиноны открыты  в растениях, а менахиноны имеются  также и у животных. Они различаются  строением и количеством изопреновых  единиц в боковой цепи.

Рисунок 1. Витамины К.

 

Оба витамина не растворяются в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях; они разрушаются при нагревании в щелочной среде и на свету.

Синтезированы аналоги витамина К – менадион (витамин К3, лишенный боковой цепи) и его водорастворимый аналог викасол, последний широко применяется  в медицинской практике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функции витамина К

 

Единственная  известная биологическая роль витамина К заключается в том, что он является коферментом γ-глутаматкарбоксилазы, карбоксилирующей глутаминовую кислоту  с образованием γ-карбоксиглутаминовой кислоты. Фермент удалось очистить до гомогенного состояния (белковая цепь содержит 758 аминокислот с преобладанием  гидрофобных) и определить его структурный  ген (он включает 15 экзонов).

Рисунок 2.

 

При взаимодействии восстановленной формы  витамина К-Н2 с γ-глутаматкарбоксилазой  в присутствии кислорода образуется сильное основание (алкоксид), способное  отнять от γ-С атома глутаминовой кислоты водород, на место которого присоединяется СО2, при этом образуется γ-карбоксиглутаминовая кислота. В  ходе реакции появляются коротко  живущие и высоко токсичные промежуточные  соединения (свободные радикалы витамина К), которые превращаются в нетоксичный  эпоксид витамина К в присутствии  глутамата. Эпоксид витамина К снова  восстанавливается в витамин  К-Н2 с помощью ферментов редуктаз. Следовательно, при дефиците глутаминовой кислоты в клетке затрудняется обезвреживание токсичных свободных радикалов  витамина К. 
γ-карбоксиглутаминовая кислота является Са2+-связывающей аминокислотой, которая необходима для функционирования кальцийсвязывающих белков. К таковым относятся:

•  факторы свертывающей системы крови — IX, VII, X и протромбин;

•  регуляторные белки (протеин С и протеин S), нуждающиеся в γ-карбоксиглутаминовой кислоте для Са-индуцированного взаимодействия с поверхностью клеточной мембраны;

•  белки минерализации костной ткани (костный γ-карбоксиглутаминовый протеин и другие); поскольку при дефекте синтеза костного γ-карбоксиглутаминового белка кальцифицируются артерии и хрящи; возможно, что его функцией является также контроль за внекостной кальцификацией;

• витамин-К-зависимый белок Gas 6, активирующий рост гладкомышечных клеток; витамин-К-зависимый сократительный белок хвостика сперматозоида;

•  некоторые нейротоксины (например, содержащиеся в яде улитки).

 

Витамин-К-зависимые  белки синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме в виде белков-предшественников, содержащих сигнальный участок и  «участок узнавания» для гамма-карбоксилирования. После отщепления сигнального пептида  белок с помощью «участка узнавания» связывается с витамин-К-зависимой  карбоксилазой, локализирующейся в  мембранах эндоплазматического  ретикулума. В результате этого связывания γ-карбоксиглутаматкарбоксилаза переходит  из неактивного состояния в активное и начинает осуществлять каталитическое превращение остатка глутаминовой кислоты в γ-карбоксиглутаминовую кислоту в витамин-К-зависимом  пробелке.      

Карбоксилированный  пробелок перемещается в сетчатый аппарат  Гольджи, где расщепляется, и зрелая белковая молекула секретируется клеткой  в межклеточное пространство ( рис. 9). На N-конце зрелого протромбина  и других К-зависимых белков содержится 10—12 остатков γ-карбоксиглутаминовой кислоты. Домены с такими участками  высоко структурированы и заключают  в себе линейно расположенные  ионы кальция.

Рисунок 3.

 

Общей особенностью всех витамин-К-зависимых  белков является формирование белковой сеточки, образованной γ-карбоксилутаминовой  кислотой, связанной с кальцием. Такая сеть впервые была описана  для протромбина. Протромбин в присутствии  Са2+ связывается с биомембраной, что является необходимым условием для реализации процесса свертывания  крови.

 

 

Применение  витамина К

 

Витамин К и его препараты применяются  при кровоточивости, вызванной лекарственными средствами (салицилатами, сульфаниламидами и др.), при  кровотечениях, связанных  с понижением свертываемости крови, а также как специфические  антагонисты при  передозировке  непрямых антикоагулянтов. Витамин  К применяют также при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, перед  обширными оперативными вмешательствами  для уменьшения кровопотерь, в случае выраженных явлений лучевой болезни.

В стоматологии препараты витамина К  применяют при кровоточивости слизистой  оболочки полости рта, генерализованном пародонтите и перед стоматологическими операциями у пациентов с пониженной свертываемостью крови.

Рисунок 4. Роль витамина К в процессе свертывания  крови

 

 

Роль  витамина К в возникновении заболеваний.

 

Дефицит витамина К может развиваться  из-за нарушения усвоения пищи в  кишечнике, терапевтического или случайного всасывания антагонистов витамина K, или, очень редко, дефицитом витамина К в рационе. В результате приобретенного дефицита витамина К Gla-радикалы формируются  не полностью, вследствие чего Gla-белки  не в полной мере выполняют свои функции. Вышеописанные факторы  могут привести к следующему: обильные внутренние кровоизлияния, окостенение  хрящей, серьёзная деформация развивающихся  костей или отложения солей на стенках артериальных сосудов.

В то же время переизбыток витамина К способствует увеличению тромбоцитов, увеличению вязкости крови, и как  следствие крайне нежелательно употребление продуктов богатых витамином  К для больных варикозом, тромбофлебитом, некоторыми видами мигреней, людям  с повышенным уровнем холестерина.

 

Растения, содержащие витамин К

 

Название растения	Его латинское название	Семейство	Сырье
Крапива двудомная	Urtica dioica	Крапивные – Urticaceae	Листья
Кукуруза обыкновенная	Zea mays	Злаковые – Gramineae	Столбики с рыльцами
Калина обыкновенная	Viburnum opulus	Жимолостные - Caprifoliaceae	Кора, плоды, свежие плоды
Пастушья сумка	Capsella bursa-pastoris	Крестоцветные – Brassicaceae	трава
Зайцегуб опьяняющий	Lagochilus inebrians Bunge	Яснотковые – Lamiaceae	Цветки и листья
Шиповник майский	Rosa majalis	Розоцветные – Rosaceae	плоды
Смородина черная	Ribes nigrum	Камнеломковые – Saxifragaceae	Плоды
Облепиха крушиновидная	Hippophae rhamnoides	Лоховые – Elaeagnaceae	Плоды свежие, масло

 

 

Крапива двудомная – Urtica dioica, семейство Крапивные  – Urticaceae;

Кукуруза  обыкновенная – Zea mays, семейство Злаковые – Gramineae;

Калина  обыкновенная – Viburnum opulus, семейство  Жимолостные - Caprifoliaceae;

Пастушья  сумка – Capsella bursa-pastoris, семейство  Крестоцветные – Brassicaceae;

Зайцегуб  опьяняющий – Lagochilus inebrians Bunge, семейство  Яснотковые – Lamiaceae;

Шиповник  майский – Rosa majalis, семейство Розоцветные  – Rosaceae;

Смородина черная – Ribes nigrum, семейство Камнеломковые  – Saxifragaceae.