Myoglobin je globulárního proteinu intracelulární nachází v cytosolu kosterního a srdečního svalstva. Jeho hlavní funkcí je vytvoření kyslíkové rezervy a podpora intracelulárního transportu kyslíku.
John Kendrew a Max Perutz obdrželi Nobelovu cenu za chemii v roce 1962 za studium globulárních proteinů. Tito autoři objasnili trojrozměrnou strukturu myoglobinu a hemoglobinu. Historicky byl myoglobin jedním z prvních proteinů, z nichž byla stanovena trojrozměrná struktura.
Grafické znázornění molekulární struktury tří okysličených proteinů: leghemoglobin, hemoglobin a myoglobin (Zdroj: Veronica Stafford / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) přes Wikimedia Commons)
Globulární proteiny jsou kompaktní molekuly s kulovým tvarem; jsou rozpustné v cytosolu nebo v lipidové části buněčných membrán. Jsou odpovědné za hlavní biologické účinky, na rozdíl od vláknitých proteinů, jejichž hlavní funkce jsou strukturální.
Myoglobin dává čerstvému masu jeho červenou barvu. K tomu dochází, když je myoglobin okysličován jako oxymyoglobin a železo, které ho tvoří, je ve formě železného železa: Mb-Fe2 + O2.
Když je maso vystaveno životnímu prostředí, nestabilní železo oxiduje a stává se železitým a za těchto podmínek se barva změní na hnědé tóny v důsledku tvorby methamyoglobinu (Mb-Fe3 + + O2-).
Hladiny myoglobinu v krvi jsou obvykle velmi malé, jsou v řádu mikrogramů na litr (μg / l). Tyto hladiny se zvyšují, když dochází k destrukci svalů jako při rabdomyolýze kosterních svalů nebo při srdečním infarktu s destrukcí tkáně a při některých myopatiích.
Jeho přítomnost v moči je pozorována za určitých podmínek, kdy je poškození tkáně velmi důležité. Jeho časná diagnostická hodnota pro srdeční infarkt je diskutabilní.
Struktura myoglobinu
Myoglobin má molekulovou hmotnost téměř 18 kDa včetně skupiny hem. Skládá se ze čtyř spirálových segmentů spojených „ostrými zatáčkami“. Tyto helixy myoglobinu jsou pevně zabaleny a zachovávají si svou strukturální integritu, i když je skupina hem odstraněna.
Struktura globulárních proteinů, stejně jako všech buněčných proteinů, je hierarchická, takže struktura myoglobinu je také hierarchická. První úroveň je primární struktura tvořená lineární sekvencí aminokyselin a myoglobin je tvořen řetězcem 153 aminokyselin.
Grafické schéma helikální a globulární struktury myoglobinu (Zdroj: Dcrjsr / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) přes Wikimedia Commons)
Sekundární struktura myoglobinu sestává z konformace alfa helixů. Myoglobin obsahuje 8 alfa helixů vytvořených opakováním polypeptidových částí, které jsou spojeny krátkými segmenty aperiodického uspořádání.
Terciární struktura sestává z trojrozměrné konformace s biologickou aktivitou. Nejdůležitější vlastnosti této struktury jsou záhyby. Kvartérní struktura označuje sestavení dvou nebo více polypeptidových řetězců oddělených a spojených nekovalentními vazbami nebo interakcemi.
Myoglobin a jeho hematická protetická skupina (Zdroj: Thomas Splettstoesser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) přes Wikimedia Commons)
Myoglobin má velmi kompaktní strukturu, přičemž hydrofobní zbytky směřují dovnitř a hydrofilní nebo polární zbytky směřují ven. Vnitřní nepolární zbytky jsou tvořeny leucinem, valinem, methioninem a fenylalaninem. Jediné vnitřní polární zbytky jsou dva histidiny, které mají funkce v aktivním místě.
Skupina protetického hemu je umístěna ve štěrbině v nepolární vnitřní části polypeptidového řetězce myoglobinu. Tato skupina obsahuje železo ve formě železného železa, které se váže s kyslíkem za vzniku oxymyoglobinu.
Funkce
Úkolem myoglobinu je vázat kyslík na skupinu hémů jeho struktury a vytvořit kyslíkovou rezervu pro svalovou funkci. Když je kyslík zachycen v myoglobinové struktuře v cytoplazmě svalové buňky, jeho intracelulární tlak, stanovený volným kyslíkem, zůstává nízký.
Nízký intracelulární tlak kyslíku udržuje gradient pro vstup kyslíku do buňky. To zvýhodňuje průchod kyslíku z krevního oběhu do svalové buňky. Když je myoglobin nasycený, zvyšuje se intracelulární kyslík, který progresivně snižuje gradient a tím snižuje přenos.
Vazebná křivka kyslíku k myoglobinu je hyperbolická. V počátečních částech křivky malé změny parciálního tlaku kyslíku způsobují velké změny v saturaci myoglobinu kyslíkem.
Poté, jak se zvyšuje parciální tlak kyslíku, saturace stále roste, ale pomaleji, to znamená, že je potřeba mnohem větší zvýšení parciálního tlaku kyslíku pro zvýšení saturace myoglobinu a postupně křivka se vyrovná.
Existuje proměnná, která měří afinitu křivky zvané P50, což představuje parciální tlak kyslíku potřebný k nasycení myoglobinu obsaženého v roztoku o 50%. Pokud tedy P50 stoupá, říká se, že myoglobin má nižší afinitu a pokud se P50 snižuje, říká se, že myoglobin má vyšší afinitu k kyslíku.
Při zkoumání křivek vázání kyslíku pro myoglobin a hemoglobin je pozorováno, že pro jakýkoli zkoumaný parciální tlak kyslíku je myoglobin nasycenější než hemoglobin, což naznačuje, že myoglobin má vyšší afinitu k kyslíku než hemoglobin.
Druhy svalových vláken a myoglobinu
Kostrové svaly mají ve svém složení různé typy svalových vláken, některé nazývané pomalé zášklby a jiné rychlé zášklby. Rychlá škubnutí vláken jsou strukturálně a metabolicky upravena tak, aby se rychle a energicky a anaerobně stahovala.
Vlákna s pomalým záškubem jsou přizpůsobena pro pomalé, ale delší kontrakce typické pro aerobní cvičení s odporem. Jedním ze strukturálních rozdílů těchto vláken je koncentrace myoglobinu, což jim dává název bílých a červených vláken.
Červená vlákna mají vysoký obsah myoglobinu, což jim dává červenou barvu, ale také jim umožňuje udržovat velké množství kyslíku, což je nezbytné pro jejich funkci.
Normální hodnoty
Normální krevní hodnoty u mužů jsou 19 až 92 µg / l au žen 12 až 76 µg / l, v různých laboratořích však existují rozdíly.
Tyto hodnoty se zvyšují, když dochází k destrukci svalů, jako je tomu u rabdomyolýzy kosterních svalů, při rozsáhlých popáleninách, elektrických šokech nebo při rozsáhlé nekróze svalů v důsledku arteriální okluze, infarktu myokardu a některých myopatií.
Za těchto podmínek se myoglobin objevuje v moči a dává mu charakteristickou barvu.
Reference
- Fauci, AS, Kasper, DL, Hauser, SL, Jameson, JL a Loscalzo, J. (2012). Harrisonovy principy vnitřního lékařství. DL Longo (Ed.). New York: Mcgraw-hill
- Ganong WF: Centrální regulace viscerálních funkcí, v přehledu lékařské fyziologie, 25. vydání. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
- Guyton AC, Hall JE: Komory tělních tekutin: Extracelulární a intracelulární tekutiny; Edema, v učebnici lékařské fyziologie, 13. vydání, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
- McCance, KL, a Huether, SE (2018). Patofyziologie-ebook: biologický základ onemocnění u dospělých a dětí. Elsevier Health Sciences.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA a Rodwell, VW (2014). Harperova ilustrovaná biochemie. Mcgraw-hill.