Informationen zu Vitamin K

Vitamin K 2  oder Menachinon ( MK) ( / ˌ m ɛ n ə ˈ k w ɪ n oʊ n / ) ist eine von drei Arten von Vitamin K , die anderen beiden sind Vitamin K 1 ( Phyllochinon ) und K 3 ( Menadion ). K 2 ist sowohl ein Gewebe- als auch ein bakterielles Produkt (in beiden Fällen aus Vitamin K 1 gewonnen) und kommt meist in tierischen Produkten oder fermentierten Lebensmitteln vor. [ 1 ]             

Die Anzahl der Isoprenyleinheiten in ihrer Seitenkette variiert und reicht von 4 bis 13, daher besteht Vitamin K 2 aus verschiedenen Formen. [ 2 ] Es wird als Suffix (-n) angegeben, z. B. MK-7 oder MK-9.       

  • Am häufigsten in der menschlichen Ernährung ist das kurzkettige, wasserlösliche Menatetrenon (MK-4), das häufig in tierischen Produkten vorkommt. Allerdings kam mindestens eine veröffentlichte Studie zu dem Schluss, dass „MK-4 in Lebensmitteln nicht zum Vitamin-K-Status beiträgt, gemessen durch Serum-Vitamin-K-Spiegel.“ [ 3 ] Das MK-4 im tierischen (einschließlich menschlichen) Gewebe wird aus pflanzlichem Vitamin K 1 hergestellt. Dieser Prozess kann allein durch tierisches Gewebe durchgeführt werden, da er bei keimfreien Nägeln abläuft. [ 4 ]      
  • Langkettige Menachinon (länger als MK-4) umfassen MK-7, MK-8 und MK-9 und sind in fermentierten Lebensmitteln wie Natto und Cheonggukjang häufig vorkommend. [ 5 ] Sie sind bioverfügbar: Die orale Aufnahme von MK-7 „erhöht signifikant den Serum-MK-7-Spiegel und kann daher besonders wichtig für extrahepatische Gewebe sein“. [ 3 ]       
  • Längerkettige Menachinon (MK-10 bis MK-13) werden von anaeroben Bakterien im Dickdarm produziert, werden jedoch auf diesem Niveau nicht gut aufgenommen und haben kaum physiologische Wirkungen. [ 1 ]     

Wenn keine Isoprenyl-Seitenketteneinheiten vorhanden sind, ist das verbleibende Molekül Vitamin K3. Diese wird meist synthetisch hergestellt und als Tierfutter verwendet. Früher wurde es Frühgeborenen verabreicht, aber aufgrund unbeabsichtigter Toxizität in Form von hämolytischer Anämie und Gelbsucht,[fehlgeschlagene Bestätigung] wird es für diesen Zweck nicht mehr verwendet. [1] K3 ist heute als zirkulierender Zwischenprodukt in der tierischen Produktion von MK-4 bekannt: K1 wird im Darm aufgenommen und in Blut umgewandelt, K3, und Zielgewebe wandelt K3 in MK-4 um. [4]

Beschreibung

Siehe auch: Vitamin K

Vitamin K2, die Hauptspeicherform bei Tieren, hat mehrere Untertypen, die sich in der Länge der Isoprenoidkette unterscheiden. Diese Vitamin-K2-Homologe werden Menaquinone genannt und sind durch die Anzahl der Isoprenoidreste in ihren Seitenketten gekennzeichnet. Menaquinone werden als MK-n abgekürzt, wobei M für Menaquinon steht, K für Vitamin K und das n für die Anzahl der isoprenoiden Seitenkettenreste steht. Zum Beispiel hat Menaquinon-4 (abgekürzt MK-4) vier Isoprenreste in seiner Seitenkette. Menaquinon-4 (auch bekannt als Menatetrenon aufgrund seiner vier Isoprenreste) ist die am häufigsten verwendete Art von Vitamin K2 in tierischen Produkten, da MK-4 normalerweise aus Vitamin K1 in bestimmten Tiergeweben (Arterienwänden, Bauchspeicheldrüse und Hoden) durch den Ersatz des Phytylschwanzes durch einen ungesättigten Geranylgeranylschwanz mit vier Isopren synthetisiert wird Einheiten, wodurch Menaquinon-4 entsteht, das wasserlöslich ist. Dieses Homolog von Vitamin K2 könnte Enzymfunktionen aufweisen, die sich von denen von Vitamin K1 unterscheiden.

MK-7 und andere Langketten-Menaquinone unterscheiden sich von MK-4 dadurch, dass sie nicht vom menschlichen Gewebe produziert werden. MK-7 kann von Bakterien Escherichia coli aus Phylloquinon (K1) im Dickdarm umgewandelt werden. [6] Diese Menaquinone, die von Bakterien im Darm synthetisiert werden, tragen jedoch nur minimal zum Gesamtvitamin-K-Status bei. [7][8] MK-4 und MK-7 werden beide in den Vereinigten Staaten als Nahrungsergänzungsmittel zur Knochengesundheit verwendet.

Alle K-Vitamine sind in ihrer Struktur ähnlich: Sie teilen sich einen "Chinon"-Ring, unterscheiden sich jedoch in der Länge und dem Sättigungsgrad des Kohlenstoffschwanzes sowie in der Anzahl der sich wiederholenden Isopreneinheiten in der "Seitenkette". [9][vollständige Quellenangabe erforderlich] Die Anzahl der wiederholenden Einheiten wird im Namen des jeweiligen Menaquinons angegeben (z. B. bedeutet MK-4, dass vier Isopren-Einheiten im Kohlenstoffschwanz wiederholt werden). Die Kettenlänge beeinflusst die Lipidlöslichkeit und damit den Transport zu verschiedenen Zielgeweben.

Vitamin-K-Strukturen. MK-4 und MK-7 sind beide Untertypen von K2.

Wirkmechanismus

Der Wirkmechanismus von Vitamin K2 ähnelt dem von Vitamin K1. K-Vitamine wurden zunächst als Faktor für die Gerinnung erkannt, doch die Funktionen dieser Vitamingruppe erwiesen sich als wesentlich komplexer. K-Vitamine spielen eine wesentliche Rolle als Kofaktor für das Enzym γ-Glutamylcarboxylase, das an der Vitamin-K-abhängigen Carboxylierung der Gla-Domäne in "gla-Proteinen" beteiligt ist (d. h. an der Umwandlung von peptidgebundener Glutaminsäure (Glu) in γ-Carboxy-Glutaminsäure (Gla) in diesen Proteinen). [10]

Carboxylation reaction – the vitamin K cycle

Carboxylation of these vitamin K-dependent Gla-proteins, besides being essential for the function of the protein, is also an important vitamin recovery mechanism since it serves as a recycling pathway to recover vitamin K from its epoxide metabolite (KO) for reuse in carboxylation.

Several human Gla-containing proteins synthesized in several different types of tissue have been discovered:

  • Coagulation factors (II, VII, IX, X), as well as anticoagulation proteins (C, S, Z). These Gla-proteins are synthesized in the liver and play an important role in blood homeostasis.
  • Osteocalcin. This non-collagenous protein is secreted by osteoblasts and plays an essential role in the formation of mineral in bone.
  • Matrix gla protein (MGP). This calcification inhibitory protein is found in numerous body tissues, but its role is most pronounced in cartilage and in arterial vessel walls.
  • Growth arrest-specific protein 6 (GAS6). GAS6 is secreted by leucocytes and endothelial cells in response to injury and helps in cell survival, proliferation, migration, and adhesion.
  • Proline-rich Gla-proteins (PRGP), transmembrane Gla-proteins (TMG), Gla-rich protein (GRP) and periostin. Their precise functions are still unknown.

Health effects

There is inconclusive clinical data whether specific vitamin K2 supplementation confers any beneficial effects compared to vitamin K1 which is the most common form in supplements.[1] In vitro studies show certain cellular effects of vitamin K2 in bone which are not observed with the K1 variant (including bone marrow stem cell (BMSC) proliferation, and stimulation of osteoblast differentiation).[1] The effects of vitamin K2 appear to be accentuated when combined with vitamin D and in the setting of osteoporosis.[1]

Research suggests that vitamin K2 (Menaquinone 7, MK-7) may reduce the rate and severity of night time leg cramps.[11]

Absorption profile

Vitamin K is absorbed along with dietary fat from the small intestine and transported by chylomicrons in the circulation.[12] Most of vitamin K1 is carried by triacylglycerol-rich lipoproteins (TRL) and rapidly cleared by the liver; only a small amount is released into the circulation and carried by LDL-C and HDL-C. MK-4 is carried by the same lipoproteins (TRL, LDL-C, and HDL-C) and cleared fast as well. The long-chain menaquinones are absorbed in the same way as vitamin K1 and MK-4 but are efficiently redistributed by the liver in predominantly LDL-C (VLDL-C). Since LDL-C has a long half-life in the circulation, these menaquinones can circulate for extended times resulting in higher bioavailability for extra-hepatic tissues as compared to vitamin K1 and MK-4. Accumulation of vitamin K in extra-hepatic tissues has direct relevance to vitamin K functions not related to hemostasis.[13]

Dietary intake in humans

The European Food Safety Authority (EU) and the US Institute of Medicine, on reviewing existing evidence, have decided there is insufficient evidence to publish a dietary reference value for vitamin K or for K2. They have, however, published an Adequate Intake (AI) for vitamin K, but no value specifically for K2.[citation needed]

Parts of the scientific literature, dating back to 1998, suggest that the AI values are based only on the hepatic requirements (i.e. related to the liver).[14][15] This hypothesis is supported by the fact that the majority of the Western population exhibits a substantial fraction of undercarboxylated extra-hepatic proteins.[citation needed] Thus, complete activation of coagulation factors is satisfied, but there does not seem to be enough vitamin K2 for the carboxylation of osteocalcin in bone and MGP in the vascular system.[16][17]

There is no known toxicity associated with high doses of menaquinones (vitamin K2). Unlike the other fat-soluble vitamins, vitamin K is not stored in any significant quantity in the liver. All data available as of 2017 demonstrate that vitamin K has no adverse effects in healthy subjects.[citation needed] The recommendations for the daily intake of vitamin K, as issued recently by the US Institute of Medicine, also acknowledge the wide safety margin of vitamin K: "a search of the literature revealed no evidence of toxicity associated with the intake of either K1 or K2". Animal models involving rats, if generalisable to humans, show that MK-7 is well tolerated.[18]

Dietary sources

Apart from animal livers, the richest dietary source of menaquinones are fermented foods (from bacteria, not molds or yeasts); sources include cheeses consumed in Western diets (e.g., containing MK-9, MK-10, and MK-11) and fermented soybean products (e.g., in traditional nattō consumed in Japan, containing MK-7 and MK-8).[citation needed] (Here and following it is noteworthy that most food assays measure only fully unsaturated menaquinones.[citation needed])

MK-4 is synthesized by animal tissues and is found in meat, eggs, and dairy products.[19] Cheeses have been found to contain MK-8 at 10–20 μg per 100 g and MK-9 at 35–55 μg per 100 g.[13] In one report, no substantial differences in MK-4 levels were observed between wild game, free-range animals, and factory farm animals.[20]

In addition to its animal origins, menaquinones are synthesized by bacteria during fermentation and so, as stated, are found in most fermented cheese and soybean products.[21][non-primary source needed] As of 2001, the richest known source of natural K2 was nattō fermented using the nattō strain of Bacillus subtilis,[22] which is reportedly a good source of long-chain MK-7.[citation needed] In nattō, MK-4 is absent as a form of vitamin K, and in cheeses it is present among the vitamins K only in low proportions.[relevant?][23][better source needed] Still it is unknown whether B. subtilis will produce K2 using other legumes (e.g., chickpeas, or lentils) or even B. subtilis fermented oatmeal. According to Rebecca Rocchi et al., 2024, creating natto by using Bacillus subtilis to ferment boiled red lentils, chickpeas, or green peas produced greater amounts of MK-7 than creating natto by using Bacillus subtilis to ferment boiled soybeans, lupins, or brown beans.[24]

Food frequency questionnaire-derived estimates of relative intakes of vitamins K in one northern European country suggest that for that population, about 90% of total vitamin K intakes are provided by K1, about 7.5% by MK-5 through MK-9 and about 2.5% by MK-4[citation needed]

Analysis of foods

Food Vitamin K2 (μg per 100 g
or μg/100 ml)[20]: Table 2 		 Proportion of compounds
Nattō, fermented 1,034.0 0% MK-4, 1% MK-5, 1% MK-6, 90% MK-7, 8% MK-8
Goose liver pâté 369.0 100% MK-4
Hard cheeses (15 samples) 76.3 6% MK-4, 2% MK-5, 1% MK-6, 2% MK-7, 22% MK-8, 67% MK-9
Cheddar 23.5 (235 ng/g)[25] (ng/g) 51.2 MK-4, 3.8 MK-6, 18.8 MK-7, 36.4 MK-8, 125 MK-9
Eel 63.1[25] 100% MK-4
Eel 2.2[20]: Table 2  1.7 MK-4, 0.1 MK-6, 0.4 MK-7
Soft cheeses (15 samples) 56.5 6.5% MK-4, 0.5% MK-5, 1% MK-6, 2% MK-7, 20% MK-8, 70% MK-9
Camembert 68.1 (681 ng/g)[25] (ng/g) 79.5 MK-4, 13.4 MK-5, 10.1 MK-6, 32.4 MK-7, 151 MK-8, 395 MK-9
Milk (4% fat, USA)† 38.1[26] 2% MK-4, 46% MK-9, 7% MK-10, 45% MK-11
Egg yolk (Netherlands) 32.1 98% MK-4, 2% MK-6
Goose leg 31.0 100% MK-4
Curd cheeses (12 samples) 24.8 2.6% MK-4, 0.4% MK-5, 1% MK-6, 1% MK-7, 20% MK-8, 75% MK-9
Egg yolk (USA) 15.5[27] 100% MK-4
Butter 15.0 100% MK-4
Chicken liver (pan-fried) 12.6[27] 100% MK-4
Chicken leg 8.5 100% MK-4
Ground beef (medium fat) 8.1[27] 100% MK-4
Calf's liver (pan-fried) 6.0[27] 100% MK-4
Hot dog 5.7[27] 100% MK-4
Bacon 5.6[27] 100% MK-4
Whipping cream 5.4 100% MK-4
Sauerkraut 4.8 8% MK-4, 17% MK-5, 31% MK-6, 4% MK-7, 17% MK-8, 23% MK-9
Pork steak 3.7 57% MK-4, 13% MK-7, 30% MK-8
Duck breast 3.6 100% MK-4
Buttermilk 2.5 8% MK-4, 4% MK-5, 4% MK-6, 4% MK-7, 24% MK-8, 56% MK-9
Beef 1.1 100% MK-4
Buckwheat bread 1.1 100% MK-7
Whole milk yogurt 0.9 67% MK-4, 11% MK-5, 22% MK-8
Whole milk (Netherlands)† 0.9 89% MK-4, 11% MK-5
Egg white 0.9 100% MK-4
Salmon 0.5 100% MK-4
Cow's liver (pan-fried) 0.4[27] 100% MK-4
Mackerel 0.4 100% MK-4
Skimmed milk yogurt 0.1 100% MK-8

Notes:

  • † – The reported amounts in comparable milk from the USA and the Netherlands differ by more than 40 times, so these numbers should be considered suspect.

Anticoagulants

Jüngste Studien haben einen deutlichen Zusammenhang zwischen einer Langzeitbehandlung mit oralen (oder intravenösen) Antikoagulanzien (OAK) und einer verminderten Knochenqualität aufgrund einer Reduktion des aktiven Osteocalcins festgestellt . OAK kann zu einer erhöhten Frakturhäufigkeit, einer verminderten Knochenmineraldichte bzw. einem verminderten Knochenmineralgehalt, Osteopenie und erhöhten Serumspiegeln von untercarboxyliertem Osteocalcin führen. [ 28 ]    

Darüber hinaus wird OAC häufig mit unerwünschter Weichteilverkalkung sowohl bei Kindern als auch bei Erwachsenen in Verbindung gebracht. [ 29 ] [ 30 ] Es wurde gezeigt, dass dieser Prozess von der Wirkung von K-Vitaminen abhängt. Der Vitamin-K-Mangel führt zur Unterkarboxylierung von MGP. Auch bei Menschen, die OAC-Behandlung erhielten, wurde eine doppelt höhere arterielle Verkalkung festgestellt im Vergleich zu Patienten, die keine Vitamin-K-Antagonisten erhielten. [ 31 ] [ 32 ] Zu den Folgen einer Antikoagulantia-Behandlung zählen erhöhte Aortenwandsteifheit, Koronarinsuffizienz, Ischämie und sogar Herzinsuffizienz. Arterielle Verkalkung könnte auch zu systolischer Hypertonie und ventrikulärer Hypertrophie beitragen. [ 33 ] [ 34 ] Die Antikoagulanzientherapie wird üblicherweise eingeführt, um lebensbedrohliche Krankheiten zu vermeiden, und eine hohe Vitamin-K-Aufnahme beeinträchtigt die Antikoagulanzien. [ Quellenangabe benötigt ] Patienten, die Warfarin (Coumadin) einnehmen oder mit anderen Vitamin-K-Antagonisten behandelt werden, werden daher davon abraten, reiche K-Vitamine zu sich zu nehmen. [ Quellenangabe benötigt ]              

In anderen Organismen

Viele Bakterien synthetisieren Menachinon aus Chorismussäure . Sie nutzen es als Teil der Elektronentransportkette und spielen eine ähnliche Rolle wie andere Chinonen wie Ubichinon. Sauerstoff, Häm und Menachinon werden für viele Arten von Milchsäurebakterien benötigt, um die Atmung sicherzustellen. [ 35 ]        

Variationen in den biosynthetischen Signalwegen bedeuten, dass Bakterien auch Analoga von Vitamin K 2  produzieren. Zum Beispiel wird MK9 (II-H),  das die zweite Geranylgeranyl-Einheit durch ein gesättigtes Phytyl ersetzt, von Mycobacterium phlei produziert. Es besteht auch die Möglichkeit einer cis–trans-Isomerie aufgrund der vorhandenen Doppelbindungen. Bei M. phlei scheint die 3'- methyl-cis MK9 (II-H) -Form biologisch aktiver zu sein als Trans MK9 (II-H). [ 36 ] Mit menschlichen Enzymen ist die natürlich reichliche Transformation effizienter. [ 37 ]              

Ein gehärtetes MK, das relevante Mengen menschlichen Konsums erfährt, ist MK-9 (4H), das in Käse gefunden wird, der von Propionibacterium freudenreichii fermentiert wird. Diese Variante hat die zweite und dritte Einheit durch Phytyl ersetzt. [ 38 ]