Den myoglobin er et kugleformet protein intracellulært findes i cytosolen i skelet- og hjertemuskelceller. Dets vigtigste funktion er at udgøre en iltreserve og at fremme den intracellulære transport af ilt.
John Kendrew og Max Perutz modtog Nobelprisen i kemi i 1962 for deres studier på kugleproteiner. Disse forfattere belyste henholdsvis den tredimensionelle struktur af myoglobin og hæmoglobin. Historisk set var myoglobin et af de første proteiner, hvorfra den tredimensionelle struktur blev bestemt.
Grafisk repræsentation af molekylstrukturen i tre oxygenerede proteiner: leghemoglobin, hæmoglobin og myoglobin (Kilde: Veronica Stafford / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)
Globulære proteiner er kompakte molekyler med en sfærisk form; de er opløselige i cytosol eller i lipiddelen af cellemembraner. De er ansvarlige for de vigtigste biologiske handlinger i modsætning til fibrøse proteiner, hvis hovedfunktioner er strukturelle.
Myoglobin giver frisk kød sin røde farve. Dette sker, når myoglobin oxideres som oxymyoglobin, og jernet, der komponerer det, er i form af jernholdigt jern: Mb-Fe2 + O2.
Når kødet udsættes for miljøet, oxideres ustabilt jernholdigt jern og bliver jernholdigt, og under disse forhold ændres farven til brune toner på grund af dannelsen af methamyoglobin (Mb-Fe3 + + O2-).
Normalt er myoglobinniveauer i blodet meget små, de er i størrelsesordenen mikrogram pr. Liter (μg / L). Disse niveauer stiger, når muskelødelæggelse forekommer som ved skeletmuskulær rabdomyolyse eller ved hjerteinfarkt med vævsdestruktion og i nogle myopatier.
Dens tilstedeværelse i urinen ses under visse betingelser, hvor vævsbeskadigelse er meget vigtig. Dens tidlige diagnostiske værdi for hjerteanfald kan diskuteres.
Struktur af myoglobin
Myoglobin har en molekylvægt på næsten 18 kDa inklusive heme-gruppen. Det består af fire spiralformede segmenter forbundet med "skarpe svinger". Disse myoglobinhelixer er tæt pakket og opretholder deres strukturelle integritet, selv når heme-gruppen fjernes.
Strukturen af kugleproteiner såvel som for alle cellulære proteiner er hierarkisk, så strukturen af myoglobin er også hierarkisk. Det første niveau er den primære struktur dannet af den lineære sekvens af aminosyrer, og myoglobin udgøres af en kæde på 153 aminosyrer.
Grafisk skema af den spiralformede og kugleformede struktur af myoglobin (Kilde: Dcrjsr / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) via Wikimedia Commons)
Den sekundære struktur af myoglobin består af konformationen af alfa-helikser. Myoglobin indeholder 8 alfa-helikser dannet ved gentagelse af polypeptiddele, der er forbundet med korte segmenter af aperiodisk arrangement.
Den tertiære struktur består af den tredimensionelle konformation med biologisk aktivitet. De vigtigste egenskaber ved denne struktur er foldene. Den kvartære struktur refererer til samlingen af to eller flere polypeptidkæder adskilt og bundet gennem ikke-kovalente bindinger eller interaktioner.
Myoglobin og dets heme-protetiske gruppe (Kilde: Thomas Splettstoesser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
Myoglobin har en meget kompakt struktur med hydrofobe rester rettet indad og hydrofile eller polære rester rettet udad. De indre apolære rester består af leucin, valin, methionin og phenylalanin. De eneste indre polare rester er to histidiner, der har funktioner på det aktive sted.
Den protetiske hemmegruppe er placeret i en spalte i den apolære indre del af polypeptidkæden af myoglobin. Denne gruppe indeholder jern i form af jernholdigt jern, der binder med ilt til dannelse af oxymyoglobin.
Fungere
Myoglobinets funktion er at binde ilt til hemmegruppen i dens struktur og at danne en iltreserve til muskelfunktion. Da ilt er fanget i myoglobinstrukturen i muskelcelleens cytoplasma, forbliver dets intracellulære tryk, bestemt af frit ilt, lavt.
Lavt intracellulært ilttryk opretholder gradienten for iltindtræden i cellen. Dette favoriserer passage af ilt fra blodbanen til muskelcellen. Når myoglobin er mættet, øges det intracellulære ilt, som gradvist reducerer gradienten og dermed reducerer overførslen.
Den bindende kurve for ilt til myoglobin er hyperbolisk. I de indledende dele af kurven frembringer små ændringer i det partielle ilttryk store ændringer i mætning af myoglobin med ilt.
Efterhånden som det partielle ilttryk øges, fortsætter mætningen med at stige, men langsommere, dvs. en meget større stigning i det partielle ilttryk er nødvendigt for at øge mætning af myoglobin og gradvis kurven flater ud.
Der er en variabel, der måler affiniteten af kurven kaldet P50, dette repræsenterer det partielle ilttryk, der er nødvendigt for at mætte myoglobinet indeholdt i en opløsning med 50%. Hvis P50 således stiger, siges det, at myoglobin har en lavere affinitet, og hvis P50 falder, siges det, at myoglobin har en højere affinitet for ilt.
Når iltbindende kurver for myoglobin og hæmoglobin undersøges, observeres det, at for ethvert delvist undersøgt ilttryk er myoglobin mere mættet end hæmoglobin, hvilket indikerer, at myoglobin har en højere affinitet for ilt end hæmoglobin.
Typer af muskelfibre og myoglobin
Skeletmuskler har forskellige typer muskelfibre i deres sammensætning, nogle kaldes langsom rykning og andre hurtig rykning. Hurtige trækfibre er strukturelt og metabolisk tilpasset til at sammentrykke hurtigt og kraftigt og anaerobt.
Langsomt rygende fibre er tilpasset til langsom hastighed, men længere, sammentrækninger, der er typiske for aerob modstand. En af de strukturelle forskelle mellem disse fibre er koncentrationen af myoglobin, der giver dem navnet på hvide og røde fibre.
Røde fibre har et højt indhold af myoglobin, hvilket giver dem den røde farve, men som også giver dem mulighed for at opretholde store mængder ilt, hvilket er vigtigt for deres funktion.
Normale værdier
Normale blodværdier for mænd er 19 til 92 ug / l og for kvinder 12 til 76 µg / l, men der er forskelle i værdierne i forskellige laboratorier.
Disse værdier stiger, når muskelødelæggelse forekommer, som forekommer ved ravdomyolyse i knoglemuskler, ved omfattende forbrændinger, elektriske stød eller i omfattende muskelnekrose på grund af arteriel okklusion, ved hjerteinfarkt og i nogle myopatier.
Under disse forhold vises myoglobin i urinen og giver det en karakteristisk farve.
Referencer
- Fauci, AS, Kasper, DL, Hauser, SL, Jameson, JL, & Loscalzo, J. (2012). Harrisons principper for intern medicin. DL Longo (red.). New York: Mcgraw-hill
- Ganong WF: Central Regulation of Visceral Function, in Review of Medical Physiology, 25. udg. New York, McGraw-Hill Uddannelse, 2016.
- Guyton AC, Hall JE: Kropsvæskerummet: Ekstracellulære og intracellulære væsker; Ødem, i tekstbog for medicinsk fysiologi, 13. udg., AC Guyton, JE Hall (red.). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
- McCance, KL, & Huether, SE (2018). Pathophysiology-Ebook: det biologiske grundlag for sygdom hos voksne og børn. Elsevier Sundhedsvidenskab.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Harpers illustrerede biokemi. McGraw-Hill.