Vitamine K


Vitamine K

Les vitamines K forment un groupe de vitamines liposolubles requises pour les modifications post-traductionnelles de certaines protéines intervenant essentiellement dans la coagulation sanguine mais aussi dans le métabolisme des os et d'autres tissus. Elles sont synthétisées par les bactéries ou proviennent de l'alimentation (notamment des aliments végétaux verts, car elles sont liées aux chloroplastes). Elles favorisent la synthèse de facteurs de coagulation sanguine, la fixation du calcium par les os, la souplesse des artères et le bon état des vaisseaux sanguins en général, des tendons, cartilages et autres tissus conjonctifs. Des nouvelles propriétés ont été découvertes plus récemment, par exemple dans le contrôle des états inflammatoires, dans la division cellulaire, dans la migration des cellules, dans la spécialisation cellulaire, etc.

On distingue trois formes de vitamine K :

  • la vitamine K1 ou phylloquinone, venant d'une synthèse végétale, avec une chaîne latérale phytyle jouant le rôle d'accepteur d'électrons dans les thylakoïdes des chloroplastes ;
  • la vitamine K2 ou ménaquinone, résultant d'une synthèse bactérienne, avec une chaîne latérale terpénoïde de longueur variable, dont les actions sont différentes ;
  • la vitamine K3 ou ménadione, une forme synthétique qui n'est plus guère utilisée dans l'alimentation humaine des pays développés en raisons d'effets secondaires délétères.

Toutes les formes de vitamine K appartiennent à la famille des quinones, car elles ont dans leur structure chimique une naphtoquinone nécessaire aux transferts d’électrons. Elles se distinguent par la nature de la chaîne carbonée attachée à la quinone. C’est cette chaîne latérale qui détermine la divergence dans les propriétés particulières de chacune de ces vitamines.

Dans le cas de la ménaquinone, la chaîne latérale est composée d’un nombre variable d'unités terpénoïdes. Cette chaîne latérale est toujours lipophile, les chaînes les plus longues donnant les molécules les plus hydrophobes, et contient habituellement de 4 à 14 unités isoprène. Chez les animaux, cette chaîne latérale comporte toujours quatre isoprènes, d’où le nom de MK-4, tandis que la MK-7 est dominante dans le spectre des ménaquinones présentes dans le soja fermenté par la bactérie Bacillus subtilis natto, ou natto. Le corps humain dispose d'enzymes capables de synthétiser la forme MK-4 à partir des autres isoformes[1],[2].

Le terme vitamine K est quelquefois utilisé pour désigner la kétamine, un produit psychotrope n'ayant rien à voir avec cette vitamine.

Sommaire

Structure

Découverte

Vers la fin des années 1920, un biochimiste danois, Carl Peter Henrik Dam, étudie le rôle du cholestérol en nourrissant des poulets avec une alimentation pauvre en lipides. Il constate qu'après plusieurs semaines de régime, ces animaux souffrent d'hémorragies ne disparaissant pas, même après ajout de cholestérol dans leur alimentation. Il apparaît clair qu'en plus du cholestérol, une autre substance, à effet coagulant, a été retirée des aliments. Ce composé est appelé vitamine de la coagulation et reçoit la lettre K (la découverte a été publiée en allemand, langue dans laquelle la molécule était désignée comme Koagulationsvitamin).

En 1936, Dam parvient à purifier la vitamine K à partir de la luzerne et sa synthèse chimique est réalisée en 1939 par Edward Doisy. Ces deux scientifiques se partagèrent le Prix Nobel de médecine en 1943 pour leurs travaux sur la vitamine K.

Physiologie

On a découvert tout au début que la vitamine K est indispensable pour assurer l’hémostase, notamment grâce à la coagulation du sang. Mais très rapidement, il est devenu évident que cette vitamine assurait d’autres fonctions biologiques importantes, puisque sa déficience conduisait à certains problèmes patho-physiologiques, comme la maladie hémorragique du nouveau-né, la jaunisse obstructive, et le syndrome de la malabsorption. Plus de 60 années sont passées sans qu’on s’intéresse davantage à la « molécule de la coagulation » – on croyait tout savoir à son sujet. Récemment, un véritable bouleversement de nos connaissances dans les implications de ces molécules dans les diverses voies métaboliques de la vie s’est produit, et de nouvelles découvertes sont faites pratiquement chaque année (c’est le cas aussi avec la vitamine D). Ainsi, on a découvert que la vitamine K2 est impliquée dans les métabolismes cardiovasculaire et osseux, dans la croissance, la prolifération et la migration des cellules, dans leur survie, dans l’apoptose, dans la phagocytose, dans l’adhésion des cellules, dans le contrôle de la réponse inflammatoire, dans la spécialisation des cellules… Ces nouvelles découvertes montrent que cette vitamine est impliquée dans de nombreux processus métaboliques indispensables non seulement à une bonne santé, mais à la vie. De nombreuses études, publiées notamment à partir de 2004, montrent que la ménaquinone est indispensable à la santé cardiovasculaire. Malheureusement, les études montrent également que, dans les pays occidentaux, la grande majorité des personnes qui ont fait l’objet de dépistage de carence en vitamine K, se trouvent en situation de carence chronique, d’où les caries dentaires, l’ostéoporose, les maladies à terrain inflammatoire, les maladies cardiovasculaires, les cancers/leucémies, etc. Les personnes qui avaient une nutrition riche en vitamine K2 ont montré une meilleure santé cardiovasculaire, ainsi que ostéo-articulaire, et une meilleure préservation contre les cancers et les maladies inflammatoires, et même contre la démence[3],[4],[5].

La vitamine K est impliquée dans la carboxylation de certains résidus protéiques de glutamates pour former des résidus de gamma-carboxyglutamate. Les résidus de gamma-carboxyglutamate sont essentiels pour l'activité biologique de toutes les protéines gamma-carboxyglutamate connues[6].

Actuellement, 14 protéïnes gamma-carboxyglutamate ont été découvertes : elles jouent un rôle dans la régulation de trois processus physiologiques :

  • la coagulation[7] ;
  • le métabolisme des os[8] ;
  • la biologie vasculaire[9].

Plusieurs bactéries dont Escherichia coli présentes dans le gros intestin peuvent synthétiser la vitamine K2 (ménaquinone)[10], mais pas la vitamine K1. On voit un peu partout mentionné que la carence en vitamine K est rare, car elle est synthétisée par la flore intestinale et cette production de vitamine K est absorbée au niveau du gros intestin. Cette affirmation provient de vieilles observations : elle est mise en doute par les recherches plus récentes[11],[1]. Ces résultats sont confirmés par les études des cohortes humaines où une majorité des personnes testées a montré une déficience en vitamines K et une gamma-carboxylation incomplète des protéines normalement carboxylées et activées en présence d'une quantité suffisante de vitamines K[3],[12],[13].

Recherche

L'hebdomadaire genevois "Hebdo Web" ("Genève Home Informations") a publié le 3 décembre 2008 un article intitulé "La nouvelle vitamine K2 combat la calcification vasculaire et l'ostéoporose!" qui fait référence à des chercheurs japonais et au centre Erasmus aux Pays-Bas. En bref, la vitamine K2 ou ménaquinone stimule l'hormone ostéocalcine, laquelle fixe le calcium dans l'organisme. Elle active également la protéine MGP(Matrix GLA Protein), qui évacue l'excès de calcium. D'après cet article, le natto est la meilleure source de vitamine K2, avant le miso.

Rôles

La vitamine K1 joue un rôle indispensable dans la coagulation sanguine, elle intervient dans la maturation des facteurs :

  • de la voie endogène : facteur IX ;
  • de la voie exogène : facteur (VII) ;
  • du tronc commun : facteurs II et X ;
  • mais également des protéines C et S, inhibiteurs de la coagulation (d'où l'effet paradoxalement pro-thrombotique des médicaments anti-vitamine K dans les premiers jours de traitement, car ces deux protéines ont une demi-vie plus courte que les facteurs de coagulation).

Le foie produit ces facteurs sous une forme inactive. Leur maturation est assurée par une enzyme (la vitamine K carboxylase) dont le cofacteur est l'hydroquinone, la forme réduite de la vitamine K1. Les résidus glutamiques (Glu) des protéines sont alors carboxylés en résidus acide gamma-carboxyglutamique (Gla) qui ont la propriété de fixer le calcium, indispensable à leur activité. De la même manière, la vitamine K2 permet la fixation du calcium (sous forme d'hydroxyapatite) sur l'ostéocalcine, une protéine constitutive des os.

Les médicaments anti-vitamine K (utilisés chez les patients présentant un risque de thrombose) empêchent la régénération de la vitamine K (ceci en inhibant deux enzymes qui régénèrent la vitamine K : l'époxyde-réductase et la NADPH-quinone-réductase). La vitamine K est nécessaire pour l'activation de protéines qui jouent un rôle dans la coagulation du sang (autant dans la stimulation que l'inhibition de la coagulation sanguine). Elle participe aussi à la formation des os. La vitamine K sert d'antidote en cas d'absorption accidentelle de mort aux rats chez les humains et les animaux de compagnie.

Apports

La vitamine K1, qui participe à la coagulation, est apportée par l'alimentation. On la trouve en particulier dans les légumes verts (brocoli, chou, épinard, laitue), dans l'Orvale et dans l'huile de soja.

Une grande partie des apports en vitamine K2, qui participe à l'ossification, est assurée par les bactéries qui assurent la fermentation des aliments, comme la choucroute et les vieux fromages fermentés. Cette vitamine est également présente dans le foie, le lait, les fromages fermentés (les fromages non fermentés contiennent un peu de vitamine MK-4 provenant du lait), le yogourt et les oeufs de poisson. Voici une liste d'aliments avec leur teneur en vitamine K2, exprimée en microgrammes par 100 grammes d'aliment :

  • nattō 1103.4 µg (0 % MK-4),
  • pâté de foie gras 369.0 (100 % MK-4),
  • fromage fermenté vieilli 76.3 (6 % MK-4),
  • fromage à pâte molle 56.5 (6,5 % MK-4),
  • jaune d’œuf (Pays Bas) 24.8 (100 % MK-4),
  • jaune d’œuf (États Unis et Canada) 15.5 (100 % MK-4),
  • beurre 15.0 (100 % MK-4)
  • foie de poulet 14.1 (100 % MK-4),
  • salami 9.0 (100 % MK-4),
  • poitrine de poulet 8.9 (100 % MK-4),
  • cuisse de poulet 8.5 (100 % MK-4),
  • viande de bœuf (mi-gras) 8.1 (100 % MK-4),
  • bacon 5.6 (100 % MK-4),
  • foie de veau 5.0 (100 % MK-4),
  • choucroute avec saucisses et viande de porc 4,8 (8 % MK-4),
  • maquereau 0.4 100 % MK-4),
  • blanc d’œuf 0.4 (100 % MK-4),
  • lait écrémé 0.0,
  • viande maigre 0.0.

Comme on peut voir de cette liste, il n’est pas très facile de faire le plein de vitamine K2 sans graisse animale, à moins qu’on opte pour manger régulièrement du nattō. Il y a un peu dans le jaune d’œuf et dans la viande, mais les meilleures sources restent le foie gras et les organes, la moelle osseuse, le cerveau, les œufs de poissons, et les vieux fromages fermentés, mais dont la consommation doit rester limitée (risques cardiovasculaires).

Les besoins en vitamine K, idéal 120 µg/jour chez l'adulte, sont en théorie couverts par l'alimentation, mais les études montrent que ceci est vrai chez seulement une frange de la population étudiée, notamment chez les personnes qui consomment des aliments fermentés[12]. La carence avancée en vitamine K peut entraîner des saignements et la formation de caillots, provoquant des thromboses ou des embolies. Ultérieurement il a été démontré qu'une insuffisance chronique en vitamines K est impliquée dans diverses pathologies, notamment dans la calcification des artères, dans l'ostéoporose, dans les leucémies, dans la formation et la prolifération des cellules cancéreuses ainsi que dans leur mobilisation, dans la perte du contrôle des états inflammatoires, et qu'un apport suffisant de ces vitamines, notamment de la forme K2 est indispensable pour contrer les maladies les plus mortelles de nos jours -- les maladies cardiovasculaires, les cancers, et les maladies à terrain inflammatoire et autoimmunes[3],[12],[14],[15],[16],[17],[18],[19],[13],[20],[21],[22],[22]

Références

  1. a et b (en) M. Komai, H. Shirakawa « Vitamin K metabolism. Menaquinone-4 (MK-4) formation from ingested VK analogues and its potent relation to bone function », dans Clin Calcium, novembre 2007, 17 (11), 1663-1672.
  2. (en) Y. Suhara, A. Wada, Y. Tachibana, M. Watanabe, K. Nakamura, K. Nakagawa, T. Okano, « Structure-activity relationships in the conversion of vitamin K analogues into menaquinone-4. Substrates essential to the synthesis of menaquinone-4 in cultured human cell lines. », dans Bioorg Med Chem., mai 2010, 18 (9), 3116-3124.
  3. a, b et c Geleijnse J. M. et coll. Dietary Intake of Menaquinone is Associated with a Reduced Risk of Coronary Heart Disease: The Rotterdam Study. The American Society for Nutritional Sciences J. Nutr. 134:3100-3105, November 2004.
  4. Fusaro M, Crepaldi G, Maggi S, Galli F, D'Angelo A, Calò L, Giannini S, Miozzo D, Gallieni M. Vitamin K, bone fractures, and vascular calcifications in chronic kidney disease: an important but poorly studied relationship. J Endocrinol Invest. 2010 Nov 16.
  5. Sato Y. Clin Calcium. [Dementia and fracture]. [Article in Japanese]. 2010 Sep;20(9):1379-84.
  6. Furie B, Bouchard BA, Furie BC. Vitamin K-dependent biosynthesis of gamma-carboxyglutamic acid. Blood, 1999, 93(6):1798-808. Review
  7. Mann KG. Biochemistry and physiology of blood coagulation. Thrombosis and Haemostasis, 1999, 82(2):165-74. Review. PMID: 10605701
  8. Price PA. Role of vitamin-K-dependent proteins in bone metabolism, Annual Review of Nutrition, 1988, 8:565-83. Review. PMID: 3060178
  9. Berkner KL, Runge KW. The physiology of vitamin K nutriture and vitamin K-dependent protein function in atherosclerosis, Journal of Thrombosis and Haemostasis, 2004, 2(12):2118-32. Review
  10. Bentley, R, Meganathan, R., Biosynthesis of Vitamin K (menaquinone) in Bacteria, Bacteriological Reviews, 1982, 46(3):241-280. Review.
  11. Groenen-van Dooren MM et coll. ”Bioavailability of phylloquinone and menaquinones after oral and colorectal administration in vitamin K-deficient rats”. Biochem Pharmacol. 1995 Sep 7;50(6):797-801.
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  19. Amalia H, Sasaki R, Suzuki Y, Demizu Y, Bito T, Nishimura H, Okamoto Y, Yoshida K, Miyawaki D, Kawabe T, Mizushina Y, Sugimura K. Vitamin K2-derived compounds induce growth inhibition in radioresistant cancer cells. Kobe J Med Sci. 2010 Sep 28;56(2):E38-49.
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  22. a et b Horiuchi T, Kazama H, Araki A, Inoue J, Hosoi T, Onouchi T, Mizuno S, Ito H, Orimo H. Impaired gamma carboxylation of osteocalcin in elderly women with type II diabetes mellitus: relationship between increase in undercarboxylated osteocalcin levels and low bone mineral density. J Bone Miner Metab. 2004;22(3):236-40.

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