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5.5.1 結構與性質
維生素K（VK）有三種形式。在植物中者為葉綠醌（Phylloquinone,VK1），在動物中分離出維生素K2(Menaquinone,VK2)，其側鏈上的異戊二烯鏈的數目不等，許多細菌產物屬于這一類型，又可簡稱為MKn，n代表異戊二烯鏈的數目。M4，5，7與維生素K1生物活性相等。MK1只有維生素K1的1%活性，MK10也只有30～49%的活性。維生素K3（Menadione）是人式合成產物，在哺乳類及鳥類體內可變成MK4。維生素K1,維生素K2，維生素K3的結構如圖5-9。維生素K1可以人工合成，但自然界中者為l型，人工合成者可為消旋者，二者的活性是一樣的，。維生素K3的3位硫醚衍生物也生物活性。維生素K的衍生物如維生素K3磷酸酯、琥珀維生素或亞硫酸氫鹽，均為水溶性的，可作為腸外用的制劑。上述三種類型的維生素K都易為堿及光所破壞。有些衍生物如甲基萘氫醌乙酸酯有較高的維生素K活性，并對光不敏感。維生素K3或維生素K1的2，3位環(huán)氧化合物，雖不溶于水，但對光不生敏感，在體內可變?yōu)橄鄳木S生素K。
圖5-9 維生素K1、K2、K3的結構式
5.5.2 代謝
雜食物的維生素K有從食物中來的，也有從腸道細菌合成的。維生素K1和維生素K2的吸收與其他脂溶性維生素一樣，需要膽汁、胰液，并與乳糜微粒相結合，由淋巴系統(tǒng)運輸。吸收量約攝入量的10～70%。人或動物口服生理或藥理劑量的維生素K1，20min后血漿中已出現(xiàn)維生素K1,2h達到高峰。在48～72h內血漿濃度按指數下降至1～5ng·ml-1。在這段時間，他從乳糜微粒轉移至β脂蛋白中，運輸至肝內，與VLDL相結合，并通過LDL至各組織。肝為VK的主要靶組織，注射維生素K1h后，50%劑量在肝內，口服VK2h后，20%劑量在肝內，24h降至最低值，而腎、心臟、皮膚及肌肉之量在24h內增加到最高值而后下降。大鼠肝中維生素K含量約為8～44ng·g-1，如肝的濃度低于4.5 ng·g-1,凝血酶原時間延長，維生素K總體庫比較小，約50～100μg，轉換率快，總體庫每2.5h可轉換一次。他的代謝物為維生素K短鏈及氧化代謝物形成γ-內酯，還可與葡糖苷酸結合，在人體維生素K的側鏈可以進行β或ω氧化形成6`-羧基酸及其γ-內酯或進一步分解為4`-羧基酸，還有少量的環(huán)氧代謝物，這些代謝物與葡糖苷酸相結合，存在于腸肝循環(huán)中，或從尿中排出。
維生素K3在動物肝微粒體內轉變?yōu)镸K4，但產量很少，僅為攝取量的0.05~1。0%。維生素K3主要代謝產物為雙氫維生素K3葡糖苷酸的硫酸酯。
5.5.3 生理功用
（1）維生素K為谷氨酸γ-羧基化酶系統(tǒng)中的必需因素。γ-羧基谷氨酸（γ-Carboxyglutamic Acid,Gla）的合成在細胞微粒體內進行，需要含有谷氨酸的肽鏈作為基質，并需要氧及二氧化碳及維生素K氫醌（維生素KH2）。在這個作用中維生素的變化可用維生素K-維生素K2，3環(huán)氧化合物（維生素K-2，3epoxide,VKO）循環(huán)來表示。γ-羧基化作用的底物有人工合成的五肽鏈及天然內源性蛋白（如凝血酶原），人工合成者以苯丙-亮-谷-谷-亮反應力最強，其他如苯丙-亮-谷-纈及苯丙-亮-谷-谷-異亮也有作用。人工合成者與內源蛋白之間有競爭，當五肽鏈存在時，內源蛋白的γ-羧基化的開始速度減少，內源蛋白存在時推遲五肽鏈γ-羧基化的時間。
γ-羧基谷氨酸（γ-CacbocyglutamicAcid,Gala）的蛋白質或肽名字形成后，與Gla相鄰的羧基具有與鈣及磷脂結合的特性。
Gla蛋白質可以在他生成場所或輸出到靶組織中發(fā)生作用。Gla蛋白分解的最終產物為游離式的Gla及含Gla的肽鏈，在尿中排出。正常人尿中排出量為44±11μmol·g-1肌酐，兒童排出較多，5歲時約為100μmol·g-1肌酐，以后排出量逐漸下降，至15歲時降到成人水平，使用抗凝劑者，尿中Gla水平僅為24μmol·g-1肌酐，凝血酶原時間比正常者升高2～3倍，Gla的總排出量25%，不受抗凝劑的影響，可代表骨中骨鈣蛋白（osteocalcin）的轉換。有些疾病Gla的排出也有變化。例如多數骨質疏松病人，尿中Gla的排出比正常人增加50%，相當于骨的轉換率之3倍。皮膚炎與硬皮病患者尿中排出也增加。
（2）VK與血液凝固的關系血液凝固是從組織損傷和血小板破壞后引起的一系列的酶促鏈式反應。血液凝固過程中一些酶原（proenzyme）的合成與維生素K有關，亦即在他們的合成中需要谷氨酸γ-羧基化。這些酶原除因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ及Ⅹ外，最近還發(fā)現(xiàn)了蛋白C、S、M，Z。這四種新發(fā)現(xiàn)的蛋白，他們的1～40氨基酸排列順序與凝血酶原同源。蛋白C干擾血液凝固，并促進血纖維蛋白的溶解，在體外活化的蛋白C可以使因子Ⅴ及Ⅷ滅活，蛋白S可以加強蛋白C的活力，他有10個Gla。蛋白M可以促進凝血酶原轉變?yōu)槟?。蛋白Z有13個Gla。對些蛋白了解得還很少，需要進一步的研究。
凝血酶原的合成，先在肝細胞粗內質網膜上的形成新生成肽鏈，然后再進行一些谷氨酸的γ-羧基化和糖基化。在凝血酶原的NH2末端的7，8，15，17，20，21，26，30，332位置的谷氨酸γ-羧基化變成Gla。33位后的谷氨酸不轉變?yōu)镚la。這種γ-羧基化的特殊選擇并不是由氨基酸的排列順序所致，而是由于蛋白前體在膜上的位置與構形所致。1分子的正常凝血酶原與10～12Ca2+相結合，未γ-羧基化者只能與一個分子Ca2+結合。
（3）維生素K與骨基質中含Gla蛋白（Bone Gla Protein,BGP）的關系 骨基質有幾種含Gla的蛋白，主要為BGP與Ca結合者叫做骨鈣蛋白，在骨細胞內合成，分泌到血液或組織，然后到骨基質中，占骨中總蛋白垢1～2%，為非膠原蛋白的10～20%。骨鈣蛋白出現(xiàn)在骨礦物化之前，骨密度增加，他也增加。他有2個鈣結合點，鈣離子為0.8mmol·L-1可以使其半飽和，其他二價正離子如鎂、鍶、鋇也能與之結合，但鈣離子結合能力最強，他的作用在調節(jié)鈣在骨基質中沉積，與羧磷灰石（hydroxy apatite）的核心起作用。也有跡象說明BGP的合成為1，25（OH）2D3所調節(jié)。BGP可能調節(jié)1，25（OH）2D的破骨作用，使其作用緩慢。在一些骨的疾病中，血漿中BGP水平上升，這說明他可能促進骨的重建及鈣的動員。
懷孕早期如母親服用維生素K拮抗劑，其胎兒骨骼發(fā)生流血現(xiàn)象，這一現(xiàn)象說明，在胎兒生長過程中，需要維生素K的骨骼系統(tǒng)發(fā)育比血流凝固系統(tǒng)要早一些，從母體將鈣運輸至胎兒這一過程對維生素K拮抗劑敏感，可能干擾了胎盤中γ-羧基化蛋白的合成。
（4）其他 腎小管細胞有含Gla的蛋白質，為其總蛋白的0.2～0.7%。他是與膜結合的蛋白，也與鈣離結合。鈣在腎小管細胞內的再吸收與之有關。其他組織如牙質、胎盤、睪丸、胰、脾、肺、乳腺等都含Gla蛋白質，功用不明。有些組織如肌肉、心臟及淋巴細胞中尚未發(fā)現(xiàn)。在有些疾病如腎結石（尤其是草酸鈣及磷灰石結石）含有Gla的蛋白質、正常主動脈及脂肪條紋及纖維斑塊中沒有含Gla的蛋白質，而動脈硬化鈣化斑塊中含有Gla的蛋白質。
5.5.4 來源
人類維生素K的來源有二方面：一方面從腸道細菌合成，占50～60%。VK在回腸內吸收，細菌必須在回腸內合成，才能為人體所利用，有些抗生素抑制上述消化道的細菌生長，影響維生素K的攝入。另一方面從食物中來，占40～50%，綠葉蔬菜含量高，其次是奶及肉類，水果及谷類含量低。食物中維生素K的含量列于表5-15。
5.5.5 需要量
（1）營養(yǎng)評價指標①凝血酶原時間，用新鮮血加到一定量的促凝血酶原激酶溶液中，觀察其凝固時間，約為25～40s；②凝固時間：新鮮血凝固時間及形成凝塊的時間。正常人血凝固時間約10min。
表5-15 食物中維生素K的含量（（μg·100g-1）
（2）需要量約為2μg·kg-1體重-1，大鼠為10μg·kg-1體重或0.1μg·g食物-1，無菌大鼠需要量為25μg·kg體重-1。
5.5.6 臨床應用
除新生嬰兒外，人類原發(fā)性VK缺乏較為罕見。新生兒在出生最初幾日內無細菌，在胎兒期胎盤不易運輸脂類，凝血酶原常有低的現(xiàn)象，數周后方可上升至正常值，如果低至正常值的10%，新生兒將有出血性疾病。水溶性及脂溶性的維生素K制劑，都能有效地恢復凝血酶原至正常水平，控制其出血。有些老年人也有維生素K缺乏，出現(xiàn)凝血酶原時間長的現(xiàn)象。
預防血栓使用雙羧香豆素過量時，凝血酶原也減少，可靜脈注射藥理劑量（以mg計的維生素K，使凝血酶原在數分鐘內開始合成，24h達到正常水平。但水溶性維生素K3的衍生物轉變?yōu)榛罨途S生素K的速度太慢，效果不好。在靜脈營養(yǎng)中，輸注射液加入了抗生素，阻凝維生素K在腸道內合成，病人的需要維生素K的凝血因子在4周內降低至正常值的20%。在輸注液中應加入維生素K0.03～1.5μg·kg體重-1。膽道阻塞時維生素K吸收減少，也可產生維生素K缺乏，口服或經消化道補給時，必須與膽鹽同時供給，有些肝病，由于功能不全凝血因子合成減少，補給維生素K對凝血作用無效。
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5.5.1 結構與性質
維生素K（VK）有三種形式。在植物中者為葉綠醌（Phylloquinone,VK1），在動物中分離出維生素K2(Menaquinone,VK2)，其側鏈上的異戊二烯鏈的數目不等，許多細菌產物屬于這一類型，又可簡稱為MKn，n代表異戊二烯鏈的數目。M4，5，7與維生素K1生物活性相等。MK1只有維生素K1的1%活性，MK10也只有30～49%的活性。維生素K3（Menadione）是人式合成產物，在哺乳類及鳥類體內可變成MK4。維生素K1,維生素K2，維生素K3的結構如圖5-9。維生素K1可以人工合成，但自然界中者為l型，人工合成者可為消旋者，二者的活性是一樣的，。維生素K3的3位硫醚衍生物也生物活性。維生素K的衍生物如維生素K3磷酸酯、琥珀維生素或亞硫酸氫鹽，均為水溶性的，可作為腸外用的制劑。上述三種類型的維生素K都易為堿及光所破壞。有些衍生物如甲基萘氫醌乙酸酯有較高的維生素K活性，并對光不敏感。維生素K3或維生素K1的2，3位環(huán)氧化合物，雖不溶于水，但對光不生敏感，在體內可變?yōu)橄鄳木S生素K。
圖5-9 維生素K1、K2、K3的結構式
5.5.2 代謝
雜食物的維生素K有從食物中來的，也有從腸道細菌合成的。維生素K1和維生素K2的吸收與其他脂溶性維生素一樣，需要膽汁、胰液，并與乳糜微粒相結合，由淋巴系統(tǒng)運輸。吸收量約攝入量的10～70%。人或動物口服生理或藥理劑量的維生素K1，20min后血漿中已出現(xiàn)維生素K1,2h達到高峰。在48～72h內血漿濃度按指數下降至1～5ng·ml-1。在這段時間，他從乳糜微粒轉移至β脂蛋白中，運輸至肝內，與VLDL相結合，并通過LDL至各組織。肝為VK的主要靶組織，注射維生素K1h后，50%劑量在肝內，口服VK2h后，20%劑量在肝內，24h降至最低值，而腎、心臟、皮膚及肌肉之量在24h內增加到最高值而后下降。大鼠肝中維生素K含量約為8～44ng·g-1，如肝的濃度低于4.5 ng·g-1,凝血酶原時間延長，維生素K總體庫比較小，約50～100μg，轉換率快，總體庫每2.5h可轉換一次。他的代謝物為維生素K短鏈及氧化代謝物形成γ-內酯，還可與葡糖苷酸結合，在人體維生素K的側鏈可以進行β或ω氧化形成6`-羧基酸及其γ-內酯或進一步分解為4`-羧基酸，還有少量的環(huán)氧代謝物，這些代謝物與葡糖苷酸相結合，存在于腸肝循環(huán)中，或從尿中排出。
維生素K3在動物肝微粒體內轉變?yōu)镸K4，但產量很少，僅為攝取量的0.05~1。0%。維生素K3主要代謝產物為雙氫維生素K3葡糖苷酸的硫酸酯。
5.5.3 生理功用
（1）維生素K為谷氨酸γ-羧基化酶系統(tǒng)中的必需因素。γ-羧基谷氨酸（γ-Carboxyglutamic Acid,Gla）的合成在細胞微粒體內進行，需要含有谷氨酸的肽鏈作為基質，并需要氧及二氧化碳及維生素K氫醌（維生素KH2）。在這個作用中維生素的變化可用維生素K-維生素K2，3環(huán)氧化合物（維生素K-2，3epoxide,VKO）循環(huán)來表示。γ-羧基化作用的底物有人工合成的五肽鏈及天然內源性蛋白（如凝血酶原），人工合成者以苯丙-亮-谷-谷-亮反應力最強，其他如苯丙-亮-谷-纈及苯丙-亮-谷-谷-異亮也有作用。人工合成者與內源蛋白之間有競爭，當五肽鏈存在時，內源蛋白的γ-羧基化的開始速度減少，內源蛋白存在時推遲五肽鏈γ-羧基化的時間。
γ-羧基谷氨酸（γ-CacbocyglutamicAcid,Gala）的蛋白質或肽名字形成后，與Gla相鄰的羧基具有與鈣及磷脂結合的特性。
Gla蛋白質可以在他生成場所或輸出到靶組織中發(fā)生作用。Gla蛋白分解的最終產物為游離式的Gla及含Gla的肽鏈，在尿中排出。正常人尿中排出量為44±11μmol·g-1肌酐，兒童排出較多，5歲時約為100μmol·g-1肌酐，以后排出量逐漸下降，至15歲時降到成人水平，使用抗凝劑者，尿中Gla水平僅為24μmol·g-1肌酐，凝血酶原時間比正常者升高2～3倍，Gla的總排出量25%，不受抗凝劑的影響，可代表骨中骨鈣蛋白（osteocalcin）的轉換。有些疾病Gla的排出也有變化。例如多數骨質疏松病人，尿中Gla的排出比正常人增加50%，相當于骨的轉換率之3倍。皮膚炎與硬皮病患者尿中排出也增加。
（2）VK與血液凝固的關系血液凝固是從組織損傷和血小板破壞后引起的一系列的酶促鏈式反應。血液凝固過程中一些酶原（proenzyme）的合成與維生素K有關，亦即在他們的合成中需要谷氨酸γ-羧基化。這些酶原除因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ及Ⅹ外，最近還發(fā)現(xiàn)了蛋白C、S、M，Z。這四種新發(fā)現(xiàn)的蛋白，他們的1～40氨基酸排列順序與凝血酶原同源。蛋白C干擾血液凝固，并促進血纖維蛋白的溶解，在體外活化的蛋白C可以使因子Ⅴ及Ⅷ滅活，蛋白S可以加強蛋白C的活力，他有10個Gla。蛋白M可以促進凝血酶原轉變?yōu)槟?。蛋白Z有13個Gla。對些蛋白了解得還很少，需要進一步的研究。
凝血酶原的合成，先在肝細胞粗內質網膜上的形成新生成肽鏈，然后再進行一些谷氨酸的γ-羧基化和糖基化。在凝血酶原的NH2末端的7，8，15，17，20，21，26，30，332位置的谷氨酸γ-羧基化變成Gla。33位后的谷氨酸不轉變?yōu)镚la。這種γ-羧基化的特殊選擇并不是由氨基酸的排列順序所致，而是由于蛋白前體在膜上的位置與構形所致。1分子的正常凝血酶原與10～12Ca2+相結合，未γ-羧基化者只能與一個分子Ca2+結合。
（3）維生素K與骨基質中含Gla蛋白（Bone Gla Protein,BGP）的關系 骨基質有幾種含Gla的蛋白，主要為BGP與Ca結合者叫做骨鈣蛋白，在骨細胞內合成，分泌到血液或組織，然后到骨基質中，占骨中總蛋白垢1～2%，為非膠原蛋白的10～20%。骨鈣蛋白出現(xiàn)在骨礦物化之前，骨密度增加，他也增加。他有2個鈣結合點，鈣離子為0.8mmol·L-1可以使其半飽和，其他二價正離子如鎂、鍶、鋇也能與之結合，但鈣離子結合能力最強，他的作用在調節(jié)鈣在骨基質中沉積，與羧磷灰石（hydroxy apatite）的核心起作用。也有跡象說明BGP的合成為1，25（OH）2D3所調節(jié)。BGP可能調節(jié)1，25（OH）2D的破骨作用，使其作用緩慢。在一些骨的疾病中，血漿中BGP水平上升，這說明他可能促進骨的重建及鈣的動員。
懷孕早期如母親服用維生素K拮抗劑，其胎兒骨骼發(fā)生流血現(xiàn)象，這一現(xiàn)象說明，在胎兒生長過程中，需要維生素K的骨骼系統(tǒng)發(fā)育比血流凝固系統(tǒng)要早一些，從母體將鈣運輸至胎兒這一過程對維生素K拮抗劑敏感，可能干擾了胎盤中γ-羧基化蛋白的合成。
（4）其他 腎小管細胞有含Gla的蛋白質，為其總蛋白的0.2～0.7%。他是與膜結合的蛋白，也與鈣離結合。鈣在腎小管細胞內的再吸收與之有關。其他組織如牙質、胎盤、睪丸、胰、脾、肺、乳腺等都含Gla蛋白質，功用不明。有些組織如肌肉、心臟及淋巴細胞中尚未發(fā)現(xiàn)。在有些疾病如腎結石（尤其是草酸鈣及磷灰石結石）含有Gla的蛋白質、正常主動脈及脂肪條紋及纖維斑塊中沒有含Gla的蛋白質，而動脈硬化鈣化斑塊中含有Gla的蛋白質。
5.5.4 來源
人類維生素K的來源有二方面：一方面從腸道細菌合成，占50～60%。VK在回腸內吸收，細菌必須在回腸內合成，才能為人體所利用，有些抗生素抑制上述消化道的細菌生長，影響維生素K的攝入。另一方面從食物中來，占40～50%，綠葉蔬菜含量高，其次是奶及肉類，水果及谷類含量低。食物中維生素K的含量列于表5-15。
5.5.5 需要量
（1）營養(yǎng)評價指標①凝血酶原時間，用新鮮血加到一定量的促凝血酶原激酶溶液中，觀察其凝固時間，約為25～40s；②凝固時間：新鮮血凝固時間及形成凝塊的時間。正常人血凝固時間約10min。
表5-15 食物中維生素K的含量（（μg·100g-1）
動物食品含量谷類含量蔬菜含量水果飲料含量牛奶3米5龍須菜57蘋果醬2乳酪35小米5甘藍菜200香蕉2黃油30全麥17洋白菜125柑橘1牛油15面粉4生菜129桃8牛肉末7面包4豌豆19葡萄干6豬肉11燕麥20菠菜89咖啡38火腿15玉米油蘿卜纓650可口可樂2熏豬肉46紅花油土豆3綠茶712牛肝92綠豆14南瓜2豬肝25西紅柿5雞肝7水田芥（watu cres）57（2）需要量約為2μg·kg-1體重-1，大鼠為10μg·kg-1體重或0.1μg·g食物-1，無菌大鼠需要量為25μg·kg體重-1。
5.5.6 臨床應用
除新生嬰兒外，人類原發(fā)性VK缺乏較為罕見。新生兒在出生最初幾日內無細菌，在胎兒期胎盤不易運輸脂類，凝血酶原常有低的現(xiàn)象，數周后方可上升至正常值，如果低至正常值的10%，新生兒將有出血性疾病。水溶性及脂溶性的維生素K制劑，都能有效地恢復凝血酶原至正常水平，控制其出血。有些老年人也有維生素K缺乏，出現(xiàn)凝血酶原時間長的現(xiàn)象。
預防血栓使用雙羧香豆素過量時，凝血酶原也減少，可靜脈注射藥理劑量（以mg計的維生素K，使凝血酶原在數分鐘內開始合成，24h達到正常水平。但水溶性維生素K3的衍生物轉變?yōu)榛罨途S生素K的速度太慢，效果不好。在靜脈營養(yǎng)中，輸注射液加入了抗生素，阻凝維生素K在腸道內合成，病人的需要維生素K的凝血因子在4周內降低至正常值的20%。在輸注液中應加入維生素K0.03～1.5μg·kg體重-1。膽道阻塞時維生素K吸收減少，也可產生維生素K缺乏，口服或經消化道補給時，必須與膽鹽同時供給，有些肝病，由于功能不全凝血因子合成減少，補給維生素K對凝血作用無效。