维生素K是四种凝血蛋白（凝血酶原、转变加速因子、抗血友病因子和司徒因子）在肝脏内合成必不可少的物质。维生素K均为2-甲基-1,4-萘醌的衍生物。

维生素K1是黄色油状物，K2是淡黄色结晶，均有耐热性，但易受紫外线照射而破坏，故要避光保存。人工合成的K3和K4是水溶性的，可用于口服或注射。临床上使用的抗凝血药双香豆素，其化学结构与维生素K相似，能对抗维生素K的作用，可用以防治血栓的形成。

维生素K和肝脏合成四种凝血因子（凝血酶原、凝血因子Ⅶ，Ⅸ及X）密切相关，如果缺乏维生素K1，则肝脏合成的上述四种凝血因子为异常蛋白质分子，它们催化凝血作用的能力大为下降。人们已知维生素 K是谷氨酸γ羧化反应的辅因子。缺乏维生素K则上述凝血因子的γ-羧化不能进行，此外，血中这几种凝血因子减少，会出现凝血迟缓和出血病症。

此外，人们公认维生素K溶于线粒体膜的类脂中，起着电子转移作用，维生素K可增加肠道蠕动和分泌功能，缺乏维生素K时平滑肌张力及收缩减弱，它还可影响一些激素的代谢。如延缓糖皮质激素在肝中的分解，同时具有类似氢化可的松作用，长期注射维生素K可增加甲状腺的内分泌活性等。在临床上维生素K缺乏常见于胆道梗阻、脂肪痢、长期服用广谱抗菌素以及新生儿中，使用维生素K可予纠正。但过大剂量维生素K也有一定的毒性，如新生儿注射30毫克/天，连用三天有可能引起高胆红素血症。

主要的生化作用如下：

1、参与Y-羧基谷氨酸合成

 γ-羧基谷氨酸(γ-Carboxyglutamic Acid, Gla)的合成在细胞微粒体内进行，需要含有谷氨酸的肽链作为基质，并需要氧及二氧化碳及维生素K氢醌（维生素KH2）。在这个作用中维生素的变化可用维生素K-维生素K2，3环氧化合物（维生素K-2，3epoxide, VKO）循环来表示。γ-羧基化作用的底物有人工合成的五肽链及天然内源性蛋白（如凝血酶原），人工合成者以苯丙-亮-谷-谷-亮反应力最强，其他如苯丙-亮-谷-缬及苯丙-亮-谷-谷-异亮也有作用。人工合成者与内源蛋白之间有竞争，当五肽链存在时，内源蛋白的γ-羧基化的开始速度减少，内源蛋白存在时推迟五肽链γ-羧基化的时间。γ-羧基谷氨酸(γ-Cacbocyglutamic Acid, Gala）的蛋白质或肽名字形成后，与Gla相邻的羧基具有与钙及磷脂结合的特性。Gla蛋白质可以在他生成场所或输出到靶组织中发生作用。Gla蛋白分解的最终产物为游离式的Gla及含Gla的肽链，在尿中排出。正常人尿中排出量为44±11μmol/g肌酐，儿童排出较多，5岁时约为100μmol/g肌酐，以后排出量逐渐下降，至15岁时降到成人水平，使用抗凝剂者，尿中Gla水平仅为24μmol/g肌酐，凝血酶原时间比正常者升高2～3倍，Gla的总排出量25%，不受抗凝剂的影响，可代表骨中骨钙蛋白(osteocalcin)的转换。有些疾病Gla的排出也有变化。例如多数骨质疏松病人，尿中Gla的排出比正常人增加50%，相当于骨的转换率之3倍。皮肤炎与硬皮病患者尿中排出也增加。

2、凝血作用

血液凝固是从组织损伤和血小板破坏后引起的一系列的酶促链式反应。血液凝固过程中一些酶原(proenzyme) 的合成与维生素K有关，亦即在他们的合成中需要谷氨酸γ-羧基化。这些酶原除因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ及X外，最近还发现了蛋白C、S、M，Z。这四种新发现的蛋白，他们的1～40氨基酸排列顺序与凝血酶原同源。蛋白C干扰血液凝固，并促进血纤维蛋白的溶解，在体外活化的蛋白C可以使因子Ⅴ及Ⅷ灭活，蛋白S可以加强蛋白C的活力，他有10个Gla。蛋白M可以促进凝血酶原转变为凝血酶。蛋白Z有13个Gla。对些蛋白了解得还很少，需要进一步的研究。凝血酶原的合成，先在肝细胞粗内质网膜上的形成新生成肽链，然后再进行一些谷氨酸的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-羧基化变成Gla。33位后的谷氨酸不转变为Gla。这种γ-羧基化的特殊选择并不是由氨基酸的排列顺序所致，而是由于蛋白前体在膜上的位置与构形所致。1分子的正常凝血酶原与10—12Ca2+相结合，未γ-羧基化者只能与一个分子Ca2+结合。

3、与骨基质中含Gla蛋白的关系

骨基质有几种含Gla的蛋白，主要为BGP(Bone Gla Protein, BGP)与Ca结合者叫做骨钙蛋白，在骨细胞内合成，分泌到血液或组织，然后到骨基质中，占骨中总蛋白垢1～2%，为非胶原蛋白的10～20%。骨钙蛋白出现在骨矿物化之前，骨密度增加，他也增加。他有2个钙结合点，钙离子为0.8mmol/L可以使其半饱和，其他二价正离子如镁、锶、钡也能与之结合，但钙离子结合能力最强，他的作用在调节钙在骨基质中沉积，与羧磷灰石(hydroxy apatite)的核心起作用。也有迹象说明BGP的合成为1, 25(OH)2D3所调节。BGP可能调节1, 25(OH)2D的破骨作用，使其作用缓慢。在一些骨的疾病中，血浆中BGP水平上升，这说明他可能促进骨的重建及钙的动员。怀孕早期如母亲服用维生素K拮抗剂，其胎儿骨骼发生流血现象，这一现象说明，在胎儿生长过程中，需要维生素K的骨骼系统发育比血流凝固系统要早一些，从母体将钙运输至胎儿这一过程对维生素K拮抗剂敏感，可能干扰了胎盘中γ-羧基化蛋白的合成。其他肾小管细胞有含Gla的蛋白质，为其总蛋白的0.2～0.7%，它是与膜结合的蛋白，也与钙离自结合。钙在肾小管细胞内的再吸收与之有关。其他组织如牙质、胎盘、睾丸、胰、脾、肺、乳腺等都含Gla蛋白质，功用不明。有些组织如肌肉、心脏及淋巴细胞中尚未发现。在有些疾病如肾结石（尤其是草酸钙及磷灰石结石）含有Gla的蛋白质、正常主动脉及脂肪条纹及纤维斑块中没有含Gla的蛋白质，而动脉硬化钙化斑块中含有Gla的蛋白质。