Absorción de vitamina K
La vitamina K es una Vitamina liposoluble, su absorción es un proceso complejo que ocurre principalmente en el intestino delgado y está íntimamente ligado con la digestión y absorción de lípidos. El proceso inicia con la ingesta de filoquinona (llamado vitamina K1, de origen vegetal) o menaquinonas (vitamina K2, de origen bacteriano, animal o de alimentos fermentados).
La filoquinona de la dieta suele estar unida a los tilacoides en los cloroplastos de las plantas, por lo que su liberación requiere la acción de enzimas digestivas y, crucialmente, de sales biliares. Las sales biliares, sintetizadas en el hígado a partir del colesterol y almacenadas en la vesícula biliar, se secretan en el duodeno en respuesta a la ingesta de grasas. Su propiedad anfipática les permite actuar como detergentes biológicos, emulsionando los lípidos y formando micelas mixtas. Estas micelas son agregados dinámicos que contienen ácidos biliares, productos de la digestión de lípidos (como ácidos grasos y monoglicéridos), y vitaminas liposolubles, incluida la vitamina K. Las micelas solubilizan la vitamina K, permitiendo que esta molécula hidrofóbica se transporte a través de la capa de agua no agitada que recubre la superficie de los enterocitos, las células epiteliales del intestino.
En la luz intestinal, específicamente en el duodeno y yeyuno, las vitaminas liposolubles son incorporadas a micelas mixtas, estructuras formadas por sales biliares, productos de la digestión de lípidos y colesterol. Estas micelas ayudan a la solubilización de la vitamina K, permitiendo su transporte a través de la capa acuosa que recubre los enterocitos.
La incorporación de la vitamina K en el enterocito no ocurre por simple difusión pasiva, sino que requiere la participación activa de proteínas transportadoras específicas. La más importante es la proteína denominada NPC1L1, localizada en la membrana apical del enterocito. La proteína NPC1L1 es una proteína integral de membrana con múltiples dominios transmembranales que participa en la absorción de colesterol y otras moléculas lipofílicas, incluyendo la vitamina K. Esta proteína forma un complejo con la Clatrina, lo que induce el proceso de endocitosis. Tras la internalización, las vesículas endocíticas se fusionan con endosomas tempranos, donde un pH ácido favorece la liberación de la vitamina K al citoplasma de la célula.
Tras su entrada al citosol del enterocito, la vitamina K se une a proteínas de unión a lípidos intracelulares, como las proteínas de unión a ácidos grasos intestinales (I-FABP). Estas proteínas chaperonas solubilizan la vitamina en el medio acuoso del citosol y la transportan hacia el retículo endoplásmico liso. Aquí, la vitamina K es incorporada, junto con otros lípidos absorbidos (triglicéridos, fosfolípidos y colesterol), a las partículas lipoproteicas nacientes llamadas quilomicrones. La incorporación de la vitamina K a los quilomicrones es un proceso mediado por la enzima MTP (Proteína de Transferencia de Triglicéridos Microsomales), que facilita el ensamblaje de los lípidos con la apoB-48, la apolipoproteína estructural del quilomicrón.
Una vez ensamblados, los quilomicrones son empaquetados en vesículas y, mediante exocitosis, son secretados desde la membrana basolateral del enterocito hacia los vasos linfáticos intestinales (quilíferos), no hacia la circulación portal sanguínea. Esta vía linfática es característica de la absorción de lípidos y vitaminas liposolubles, permitiendo que los quilomicrones eviten el metabolismo de primer paso en el hígado y lleguen a la circulación sistémica a través del ducto torácico. Finalmente, los quilomicrones viajan por la sangre, donde la lipoproteína lipasa en el endotelio capilar de tejidos extrahepáticos (como músculo y tejido adiposo) hidroliza sus triglicéridos. Los remanentes de quilomicrones, que aún contienen vitamina K, son entonces captados principalmente por el hígado a través de la interacción con receptores específicos, como el receptor de remanentes (LRP1) y el receptor de LDL, en un proceso mediado por la apolipoproteína E (apoE). Una vez el hígado, la vitamina K es almacenada o redistribuida a otros tejidos unida a otras lipoproteínas, como las VLDL (ver Lipoproteínas).
En cuanto a las menaquinonas producidas por bacterias intestinales (como Escherichia coli y Bacteroides spp.), su vía de absorción es menos clara. Se cree que son absorbidas en el colon, donde la concentración de sales biliares es baja. Esto podría implicar mecanismos alternativos, como la difusión pasiva directa a través del epitelio colónico o la absorción mediada por transportadores específicos distintos a los del intestino delgado. Su contribución a los requerimientos totales de vitamina K es objeto de debate, pero se considera significativa.
El ciclo de la vitamina K es crucial para su reciclaje: durante el proceso de carboxilación durante la reacción ezimática, la forma reducida de la vitamina K (hidroquinona o KH₂) se oxida a epóxido (KO). En este proceso participan dos enzimas, la epóxido reductasa (VKOR) y la quinona reductasa (NQO1), reducen secuencialmente el epóxido de nuevo a la forma activa de la vitamina K, es decir a KH₂. Este ciclo permite la reutilización de la vitamina K y es el blanco de anticoagulantes como la warfarina.
Su función molecular es análoga a la de la ubiquinona (coenzima Q) en las mitocondrias eucariotas. Las menaquinonas aceptan electrones de donadores de bajo potencial (como el NADH o el FADH₂) a través de deshidrogenasas específicas (por ejemplo, la NADH deshidrogenasa) y se reducen a menaquinol (la forma hidroquinona). Luego, el menaquinol difunde lateralmente dentro de la membrana y dona sus electrones a aceptores de mayor potencial, como complejos citocromo (por ejemplo, la citocromo bc₁ oxidasa) o a otras oxidasas terminales, dependiendo de si la bacteria está en condiciones aeróbicas o anaeróbicas. Durante este transporte de electrones, se bombean protones (H⁺) al espacio periplásmico (en bacterias gramnegativas) o al exterior de la célula, generando un gradiente electroquímico de protones (fuerza protón-motriz) a través de la membrana. Finalmente, este gradiente es aprovechado por la ATP sintasa bacteriana para sintetizar ATP, la principal moneda energética de la célula.
En condiciones de anaerobiosis, que son comunes en el intestino grueso, las menaquinonas son particularmente críticas, ya que las bacterias intestinales a menudo utilizan aceptores finales de electrones alternativos, como el fumarato, el nitrato o el sulfato (respiración anaeróbica). Las menaquinonas, que tienen un potencial redox más bajo que la ubiquinona, están adaptadas para funcionar eficientemente en estos ambientes reductores. Por lo tanto, para las bacterias productoras, la vitamina K (en su forma de menaquinona) no es una "vitamina" sino un factor vital de crecimiento y supervivencia, esencial para la producción de energía y, por consiguiente, para su metabolismo y proliferación. La producción de menaquinonas por parte de la microbiota intestinal constituye así un beneficio simbiótico para el huésped humano, que puede absorber una parte de ellas, y es esencial para la propia ecología y función bacteriana.
LECTURAS SUGERIDAS
Yamanashi, Y., Takada, T., Kurauchi, R., Tanaka, Y., Komine, T., & Suzuki, H. (2017). Transporters for the intestinal absorption of cholesterol, vitamin E, and vitamin K. Journal of atherosclerosis and thrombosis, 24(4), 347-359.
Tan, J., & Li, Y. (2024). Revisiting the interconnection between lipids and vitamin K metabolism: insights from recent research and potential therapeutic implications: a review. Nutrition & Metabolism, 21(1), 6.
En la luz intestinal, específicamente en el duodeno y yeyuno, las vitaminas liposolubles son incorporadas a micelas mixtas, estructuras formadas por sales biliares, productos de la digestión de lípidos y colesterol. Estas micelas ayudan a la solubilización de la vitamina K, permitiendo su transporte a través de la capa acuosa que recubre los enterocitos.
La incorporación de la vitamina K en el enterocito no ocurre por simple difusión pasiva, sino que requiere la participación activa de proteínas transportadoras específicas. La más importante es la proteína denominada NPC1L1, localizada en la membrana apical del enterocito. La proteína NPC1L1 es una proteína integral de membrana con múltiples dominios transmembranales que participa en la absorción de colesterol y otras moléculas lipofílicas, incluyendo la vitamina K. Esta proteína forma un complejo con la Clatrina, lo que induce el proceso de endocitosis. Tras la internalización, las vesículas endocíticas se fusionan con endosomas tempranos, donde un pH ácido favorece la liberación de la vitamina K al citoplasma de la célula.
Tras su entrada al citosol del enterocito, la vitamina K se une a proteínas de unión a lípidos intracelulares, como las proteínas de unión a ácidos grasos intestinales (I-FABP). Estas proteínas chaperonas solubilizan la vitamina en el medio acuoso del citosol y la transportan hacia el retículo endoplásmico liso. Aquí, la vitamina K es incorporada, junto con otros lípidos absorbidos (triglicéridos, fosfolípidos y colesterol), a las partículas lipoproteicas nacientes llamadas quilomicrones. La incorporación de la vitamina K a los quilomicrones es un proceso mediado por la enzima MTP (Proteína de Transferencia de Triglicéridos Microsomales), que facilita el ensamblaje de los lípidos con la apoB-48, la apolipoproteína estructural del quilomicrón.
Una vez ensamblados, los quilomicrones son empaquetados en vesículas y, mediante exocitosis, son secretados desde la membrana basolateral del enterocito hacia los vasos linfáticos intestinales (quilíferos), no hacia la circulación portal sanguínea. Esta vía linfática es característica de la absorción de lípidos y vitaminas liposolubles, permitiendo que los quilomicrones eviten el metabolismo de primer paso en el hígado y lleguen a la circulación sistémica a través del ducto torácico. Finalmente, los quilomicrones viajan por la sangre, donde la lipoproteína lipasa en el endotelio capilar de tejidos extrahepáticos (como músculo y tejido adiposo) hidroliza sus triglicéridos. Los remanentes de quilomicrones, que aún contienen vitamina K, son entonces captados principalmente por el hígado a través de la interacción con receptores específicos, como el receptor de remanentes (LRP1) y el receptor de LDL, en un proceso mediado por la apolipoproteína E (apoE). Una vez el hígado, la vitamina K es almacenada o redistribuida a otros tejidos unida a otras lipoproteínas, como las VLDL (ver Lipoproteínas).
En cuanto a las menaquinonas producidas por bacterias intestinales (como Escherichia coli y Bacteroides spp.), su vía de absorción es menos clara. Se cree que son absorbidas en el colon, donde la concentración de sales biliares es baja. Esto podría implicar mecanismos alternativos, como la difusión pasiva directa a través del epitelio colónico o la absorción mediada por transportadores específicos distintos a los del intestino delgado. Su contribución a los requerimientos totales de vitamina K es objeto de debate, pero se considera significativa.
Función de la Vitamina K a Nivel Celular
La función principal de la vitamina K es actuar como cofactor esencial para la enzima γ-glutamil carboxilasa (Número EC 4.1.1.90), localizada en la membrana del retículo endoplásmico. Esta enzima cataliza la modificación postraduccional de proteínas que son dependientes de la vitamina K como cofactor. Esta modificación se lleva a cabo en residuos específicos de ácido glutámico (Glu), transformándolos en ácido γ-carboxiglutámico (abreviado como Gla). Este grupo carboxilo adicional confiere a las proteínas una alta afinidad por iones calcio (Ca²⁺), lo que a su vez permite su unión a superficies fosfolipídicas de membranas. Las proteínas con aminoácidos Gla más importantes incluyen factores de coagulación (II, VII, IX, X), proteínas anticoagulantes (S y C), y proteínas extrahepáticas como la osteocalcina (hueso) y la proteína Gla de la matriz. Sin la carboxilación dependiente de vitamina K, estas proteínas pierden su función biológica, lo que lleva a trastornos hemorrágicos y alteraciones en la mineralización ósea y vascular.El ciclo de la vitamina K es crucial para su reciclaje: durante el proceso de carboxilación durante la reacción ezimática, la forma reducida de la vitamina K (hidroquinona o KH₂) se oxida a epóxido (KO). En este proceso participan dos enzimas, la epóxido reductasa (VKOR) y la quinona reductasa (NQO1), reducen secuencialmente el epóxido de nuevo a la forma activa de la vitamina K, es decir a KH₂. Este ciclo permite la reutilización de la vitamina K y es el blanco de anticoagulantes como la warfarina.
Función de la Vitamina K en las Bacterias Productoras
En bacterias como Escherichia coli y otras especies del microbioma intestinal, las menaquinonas (vitamina K₂) son componentes esenciales de la Cadena de Transporte de Electrones. Actúan como transportadores de electrones liposolubles en la membrana citoplasmática, análogos a la ubiquinona en eucariotas. Las menaquinonas aceptan electrones de donadores como NADH (a través de deshidrogenasas) y se reducen a menaquinol. Luego, donan electrones a aceptores terminales como citocromos en condiciones aeróbicas (o fumarato/nitrato en anaerobiosis). Esto permite el bombeo de protones al exterior y genera un gradiente electroquímico utilizado por la ATP sintasa para producir ATP. Por lo que podemos decir que en bacterias la vitamina K no es una vitamina, sino un factor vital para la producción de energía y la supervivencia, especialmente en ambientes anaeróbicos del intestino.Su función molecular es análoga a la de la ubiquinona (coenzima Q) en las mitocondrias eucariotas. Las menaquinonas aceptan electrones de donadores de bajo potencial (como el NADH o el FADH₂) a través de deshidrogenasas específicas (por ejemplo, la NADH deshidrogenasa) y se reducen a menaquinol (la forma hidroquinona). Luego, el menaquinol difunde lateralmente dentro de la membrana y dona sus electrones a aceptores de mayor potencial, como complejos citocromo (por ejemplo, la citocromo bc₁ oxidasa) o a otras oxidasas terminales, dependiendo de si la bacteria está en condiciones aeróbicas o anaeróbicas. Durante este transporte de electrones, se bombean protones (H⁺) al espacio periplásmico (en bacterias gramnegativas) o al exterior de la célula, generando un gradiente electroquímico de protones (fuerza protón-motriz) a través de la membrana. Finalmente, este gradiente es aprovechado por la ATP sintasa bacteriana para sintetizar ATP, la principal moneda energética de la célula.
En condiciones de anaerobiosis, que son comunes en el intestino grueso, las menaquinonas son particularmente críticas, ya que las bacterias intestinales a menudo utilizan aceptores finales de electrones alternativos, como el fumarato, el nitrato o el sulfato (respiración anaeróbica). Las menaquinonas, que tienen un potencial redox más bajo que la ubiquinona, están adaptadas para funcionar eficientemente en estos ambientes reductores. Por lo tanto, para las bacterias productoras, la vitamina K (en su forma de menaquinona) no es una "vitamina" sino un factor vital de crecimiento y supervivencia, esencial para la producción de energía y, por consiguiente, para su metabolismo y proliferación. La producción de menaquinonas por parte de la microbiota intestinal constituye así un beneficio simbiótico para el huésped humano, que puede absorber una parte de ellas, y es esencial para la propia ecología y función bacteriana.
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Yamanashi, Y., Takada, T., Kurauchi, R., Tanaka, Y., Komine, T., & Suzuki, H. (2017). Transporters for the intestinal absorption of cholesterol, vitamin E, and vitamin K. Journal of atherosclerosis and thrombosis, 24(4), 347-359.
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