العمل الرئيس للفيتامين K هو وظيفته كتميم عامل في تفاعلات إضافة الكربوكسيل لثمالات الغلوتاميل في بعض البروتينات خلال التعديلات عليها بعد تخليقها كجزء من إنضاجها وتحويلها إلى الشكل الفاعل. تتحفّز هذه الإضافة بوساطة كربوكسيلاز بروتينية نوعية معتمدة على الفيتامين K، وتقود إلى تشكيل ثمالة حمض أميني غير اعتيادية هي غاما - كربوكسي الغلوتامات، واختصارها Gla. تتميز هذه الثمالة بشحنة سالبة إضافية تسمح لها، وللبروتين الذي توجد فيه، بخلب أيونات الكالسيوم الموجبة. وهذه العملية بمجملها مطلوبة لتحويل بعض عوامل التخثر (البروثرومبين، أو العامل الثاني، والعامل السابع والتاسع والعاشر والبروتين C والبروتين S ) إلى الشكل الفعال حيث يحتوي كل من هذه البروتينات على 4-6 ثمالات Gla مما يسمح لها بخلب أيونات الكالسيوم وبالتالي ارتباط بروتينات التخثر إلى الأغشية.

ومن البروتينات الأخرى التي تحتوي على ثمالات Gla بروتين الأوستيوكالسين osteocalcin وبروتين مطرس العظم المحتوي على Gla ،وكلاهما موجود في مطرس العظم ويلعبان دوراً في تمعدنه. ويحتوي الأول أيضاً على هيدروكسي البرولين مما يعني أن تخليقه يعتمد على الفيتامينات C و K فضلاً عن أن التعبير عنه يُحرّض بفعل الكالسيترايول.

يجري تفاعل الكربوكسيلاز المعتمدة على الفيتامين K في الشبكة الهيولية الباطنية، ويتطلب الأكسجين الجزيئي وثاني أكسيد الكربون وهيدروكينون الفيتامين K (الشكل المرجع). يتأكسد أولاً هيدروكينون الفيتامين K إلى إيبوكسيد الفيتامين K (الشكل 1 ) الذي ينشط ثمالة الغلوتاميل في البروتين المستهدف إلى الأنيون الكربوني (كاربانيون carbanion) للغلوتامات الذي يتفاعل تلقائياً (دون إنزيم) مع ثاني أكسيد الكربون لتشكيل ثمالة Gla.

تجري دورة الفيتامين K في الشبكة الهيولية الباطنية للكبد (الشكل 1) وفيها يُعاد إنتاج هيدروكينون الفيتامين K الفعال من الإيبوكسيد حيث يتحول الأخير أولا إلى كوينون بوساطة مرجعة الإيبوكسيد الحساسة للوارفارين warfarin والديكومارول والتي تستخدم مرجعا يحتوي على السلفهيدريل لم يُحدد حتى الآن. يتحول بعد ذلك كوينون الفيتامين K إلى الهيدروكينون إما بالإنزيم السابق ذاته أو بوساطة مُرجعة الكوينون غير الحساسة للوارفارين والديكو مارول والتي تستخدم NADPH كعامل مرجع.

الشكل (1) دورة الفيتامين K ودوره في التخليق الحيوي لغاما – كربوكسي الغلوتامات .

لا يمكن بوجود الوارفارين إرجاع الإيبوكسيد، بل يتراكم ويُطرح؛ فإذا أعطيت كميات كافية من الأشكال الكوينونية من الفيتامين K يمكن إرجاعها إلى الهيدروكوينون الفعال بالإنزيم غير الحساس للوارفارين لتستمر إضافة الكربوكسيل لكن مع إطراح مول واحد من الإيبوكسيد مقابـــل كـــلّ كربوكسيل يُضاف ؛ وبالتالي فإن الجرعة العالية من الفيتامين K هو الترياق لحالات الجرعات المفرطة والتسمم بالوارفارين (عكس حالة التثبيط التنافسي).