Mioglobin je globularni proteini intracelularni nalazi u citosolu i skeletnih kardijalnih mišićnih stanica. Njegova glavna funkcija je formiranje rezerve kisika i promicanje unutarćelijskog transporta kisika.
John Kendrew i Max Perutz dobili su Nobelovu nagradu za kemiju 1962. za studije o globularnim proteinima. Ovi su autori rasvijetlili trodimenzionalnu strukturu mioglobina i hemoglobina. Povijesno gledano, mioglobin je bio jedan od prvih proteina iz kojeg je određena trodimenzionalna struktura.
Grafički prikaz molekularne strukture tri proteina kisikom: leghemoglobin, hemoglobin i mioglobin (Izvor: Veronica Stafford / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) putem Wikimedia Commons)
Globularni proteini su kompaktne molekule sferičnog oblika; topljivi su u citosolu ili u lipidnom dijelu staničnih membrana. Oni su odgovorni za glavna biološka djelovanja, za razliku od vlaknastih proteina, čije su glavne funkcije strukturne.
Mioglobin daje svježem mesu crvenu boju. To se događa kada je mioglobin oksigeniran kao oksiomiloblobin, a željezo koje ga čini je u obliku željeznog željeza: Mb-Fe2 + O2.
Kad je meso izloženo okolišu, nestabilno željezo oksidira i postaje željezo, a pod tim uvjetima boja se mijenja u smeđe tonove zbog stvaranja metamioglobina (Mb-Fe3 + + O2-).
Normalno je razina mioglobina u krvi vrlo mala, reda je mikrograma po litri (µg / L). Te se razine povećavaju kada se dogodi uništavanje mišića kao kod rabdomiolize skeletnog mišića ili srčanog infarkta s razaranjem tkiva i nekim miopatijama.
Njegova prisutnost u mokraći promatra se u određenim stanjima u kojima je oštećenje tkiva vrlo važno. Njegova rana dijagnostička vrijednost za srčani udar je diskutabilna.
Struktura mioglobina
Mioglobin ima molekulsku masu od gotovo 18 kDa, uključujući skupinu hema. Sastoji se od četiri spiralna segmenta spojena "oštrim zavojima". Ovi mioglobinski helikosteri su čvrsto pakirani i održavaju svoj strukturni integritet čak i kada se ukloni skupina hemea.
Struktura globularnih proteina, kao i svih staničnih proteina, je hijerarhijska pa je i struktura mioglobina hijerarhijska. Prva razina je primarna struktura koju formira linearni slijed aminokiselina, a mioglobin se sastoji od lanca od 153 aminokiseline.
Grafička shema spiralne i globularne strukture mioglobina (Izvor: Dcrjsr / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) putem Wikimedia Commonsa)
Sekundarna struktura mioglobina sastoji se od konformacije alfa helika. Mioglobin sadrži 8 alfa helika nastalih ponavljanjem polipeptidnih dijelova koji su spojeni kratkim segmentima aperiodnog rasporeda.
Tercijarna struktura sastoji se od trodimenzionalne konformacije s biološkom aktivnošću. Najvažnije karakteristike ove strukture su nabori. Kvatarna se struktura odnosi na skup dva ili više polipeptidnih lanaca razdvojenih i povezanih preko nekovalentnih veza ili interakcija.
Mioglobin i njegova skupina protetske heme (Izvor: Thomas Splettstoesser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
Mioglobin ima vrlo kompaktnu strukturu, s hidrofobnim ostacima usmjerenima prema unutra, a hidrofilnim ili polarnim ostacima usmjerenim prema van. Unutarnji apolarni ostaci sastoje se od leucina, valina, metionina i fenilalanina. Jedini unutarnji polarni ostaci su dva histidina koji djeluju na aktivnom mjestu.
Protetska skupina hema smještena je u rasjedu u apolarnom unutarnjem dijelu polipeptidnog lanca mioglobina. Ova skupina sadrži željezo u obliku željeznog željeza, koje se veže s kisikom i tvori oksimioglobin.
Funkcija
Funkcija mioglobina je vezanje kisika na heme skupinu njegove strukture i stvaranje rezerve kisika za funkciju mišića. Kako je kisik zarobljen u strukturi mioglobina u citoplazmi mišićne stanice, njegov unutarćelijski tlak, određen slobodnim kisikom, ostaje nizak.
Nizak unutarćelijski tlak kisika održava gradijent za ulazak kisika u stanicu. To pogoduje prolasku kisika iz krvotoka u mišićnu stanicu. Kad je mioglobin zasićen, unutarćelijski kisik raste, što progresivno smanjuje gradijent i na taj način smanjuje prijenos.
Krivulja vezanja kisika za mioglobin je hiperbolička. U početnim dijelovima krivulje male promjene parcijalnog tlaka kisika uzrokuju velike promjene u zasićenosti mioglobina kisikom.
Zatim, kako se parcijalni tlak kisika povećava, zasićenost se i dalje povećava, ali polako, to jest, potrebno je mnogo veće povećanje parcijalnog tlaka kisika kako bi se povećao zasićenje mioglobina, i postupno krivulja se izravnava.
Postoji varijabla koja mjeri afinitet krivulje zvane P50, to predstavlja parcijalni tlak kisika potreban za zasićenje mioglobina koji se nalazi u otopini za 50%. Dakle, ako se P50 povećava, kaže se da mioglobin ima niži afinitet, a ako se P50 smanjuje, kaže se da mioglobin ima veći afinitet prema kisiku.
Kada se ispituju krivulje vezanja kisika za mioglobin i hemoglobin, primijećeno je da je za svaki parcijalni ispitni tlak kisika mioglobin zasićeniji od hemoglobina, što ukazuje da mioglobin ima veći afinitet za kisik od hemoglobin.
Vrste mišićnih vlakana i mioglobina
Skeletni mišići u svom sastavu imaju različite vrste mišićnih vlakana, neka se nazivaju sporo trzanje, a druga brzo trzanje. Vlakna s brzim trzajima su strukturno i metabolički prilagođena da se brzo i snažno i anaerobno kontrahiraju.
Vlakna koja usporavaju trzanje prilagođena su za sporo-brze, ali i duže, kontrakcije tipične za aerobno vježbanje otpornosti. Jedna od strukturnih razlika tih vlakana je koncentracija mioglobina, što im daje ime bijelih i crvenih vlakana.
Crvena vlakna imaju visok sadržaj mioglobina, što im daje crvenu boju, ali što im omogućuje i održavanje velikih količina kisika, što je neophodno za njihovu funkciju.
Normalne vrijednosti
Normalne vrijednosti krvi za muškarce su 19 do 92 µg / l, a za žene 12 do 76 µg / l, međutim u različitim laboratorijima postoje razlike u vrijednostima.
Te se vrijednosti povećavaju kada se dogodi uništavanje mišića, kao što se događa kod rabdomiolize skeletnog mišića, kod velikih opeklina, električnih udara ili kod opsežne mišićne nekroze uslijed arterijske okluzije, infarkta miokarda i nekih miopatija.
U tim se uvjetima mioglobin pojavljuje u urinu i daje mu karakterističnu boju.
Reference
- Fauci, AS, Kasper, DL, Hauser, SL, Jameson, JL, i Loscalzo, J. (2012). Harrisonovi principi interne medicine. DL Longo (ur.). New York: Mcgraw-Hill
- Ganong WF: Centralna regulacija visceralne funkcije, u pregledu medicinske fiziologije, 25. izd. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
- Guyton AC, dvorana JE: Odjeljci za tjelesne tekućine: Izvanstanične i unutarćelijske tekućine; Edema, u Udžbeniku medicinske fiziologije, 13. izd., AC Guyton, JE Hall (ur.). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
- McCance, KL, i Huether, SE (2018). Patofiziologija-Ebook: biološka osnova bolesti kod odraslih i djece. Elsevier Health Sciences.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA i Rodwell, VW (2014). Harperova ilustrirana biokemija. McGraw-Hill.