Mioglobina je kroglasta beljakovine intracelularni najdemo v citosol skeletnih in srčnih mišičnih celicah. Njegova glavna naloga je tvoriti rezervo kisika in spodbujati medcelični transport kisika.
John Kendrew in Max Perutz sta leta 1962 prejela Nobelovo nagrado za kemijo za študij globularnih beljakovin. Ti avtorji so razjasnili tridimenzionalno strukturo mioglobina in hemoglobina. Zgodovinsko gledano je bil mioglobin eden prvih beljakovin, iz katerega je bila določena tridimenzionalna struktura.
Grafična predstavitev molekulske strukture treh oksigeniranih beljakovin: leghemoglobina, hemoglobina in mioglobina (Vir: Veronica Stafford / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prek Wikimedia Commons)
Globularni proteini so kompaktne molekule sferične oblike; so topne v citosolu ali v lipidnem delu celičnih membran. Za razliko od vlaknastih beljakovin, katerih glavne funkcije so strukturne, so odgovorne za glavna biološka dejanja.
Mioglobin daje sveže meso svojo rdečo barvo. Do tega pride, ko je mioglobin oksigeniran kot oksimioglobin, železo, ki ga sestavlja, pa je v obliki železovega železa: Mb-Fe2 + O2.
Ko je meso izpostavljeno okolju, nestabilno železo železo oksidira in postane železo, v teh pogojih pa se barva spremeni v rjave tone zaradi tvorbe metamioglobina (Mb-Fe3 + + O2-).
Običajno so vrednosti mioglobina v krvi zelo majhne, so v vrstnem redu mikrogramov na liter (μg / L). Te stopnje se povečajo, ko pride do uničenja mišic, kot pri rabdomiolizi skeletnih mišic ali pri srčnem infarktu z uničenjem tkiv in pri nekaterih miopatijah.
Njegova prisotnost v urinu opazimo v določenih pogojih, pri katerih je poškodba tkiva zelo pomembna. Njegova zgodnja diagnostična vrednost za srčni infarkt je diskutabilna.
Struktura mioglobina
Mioglobin ima molekulsko maso skoraj 18 kDa, vključno s skupino heme. Sestavljajo ga štirje spiralni segmenti, ki jih povezujejo "ostri zavoji". Ti mioglobinski vijaki so tesno zapakirani in ohranjajo svojo strukturno celovitost, tudi ko odstranimo skupino heme.
Struktura globularnih beljakovin, pa tudi vseh celičnih beljakovin, je hierarhična, zato je tudi struktura mioglobina hierarhična. Prva raven je primarna struktura, ki jo tvori linearno zaporedje aminokislin, mioglobin pa tvori veriga 153 aminokislin.
Grafična shema spiralne in globularne strukture mioglobina (Vir: Dcrjsr / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) prek Wikimedia Commons)
Sekundarna struktura mioglobina je sestavljena iz konformacije alfa vijačnic. Mioglobin vsebuje 8 alfa vijačnic, ki nastanejo s ponavljanjem polipeptidnih odsekov, ki so združeni s kratkimi segmenti aperiodne ureditve.
Terciarna struktura je sestavljena iz tridimenzionalne konformacije z biološko aktivnostjo. Najpomembnejše značilnosti te strukture so gube. Kvatarna struktura se nanaša na sklop dveh ali več polipeptidnih verig, ločenih in povezanih prek nekovalentnih vezi ali interakcij.
Mioglobin in njegova prostatska skupina za heme (Vir: Thomas Splettstoesser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prek Wikimedia Commons)
Mioglobin ima zelo kompaktno strukturo, hidrofobni ostanki so usmerjeni navznoter, hidrofilni ali polarni ostanki pa usmerjeni navzven. Notranji apolarni ostanki so sestavljeni iz levcina, valina, metionina in fenilalanina. Edini notranji polarni ostanki sta dva histidina, ki delujeta na aktivnem mestu.
Protetična skupina hema se nahaja v razcepu v apolarnem notranjem delu polipeptidne verige mioglobina. Ta skupina vsebuje železo v obliki železovega železa, ki se veže s kisikom in tvori oksimioglobin.
Funkcija
Naloga mioglobina je, da veže kisik v heme skupino njegove strukture in tvori kisikovo rezervo za delovanje mišic. Ker je kisik ujet v strukturo mioglobina v citoplazmi mišične celice, njegov znotrajcelični tlak, določen s prostim kisikom, ostane nizek.
Nizek znotrajcelični tlak kisika ohranja gradient za vstop kisika v celico. To favorizira prehod kisika iz krvnega obtoka v mišično celico. Ko je mioglobin nasičen, se znotrajcelični kisik poveča, kar postopoma zmanjšuje gradient in s tem zmanjšuje prenos.
Krivulja vezave kisika na mioglobin je hiperbolična. V začetnih delih krivulje majhne spremembe parcialnega tlaka kisika povzročijo velike spremembe nasičenosti mioglobina s kisikom.
Potem, ko se parcialni tlak kisika povečuje, se nasičenost še naprej povečuje, vendar počasneje, to je potrebno veliko večje zvišanje parcialnega tlaka kisika za povečanje nasičenosti mioglobina in postopoma krivulja se splošči.
Obstaja spremenljivka, ki meri pripadnost krivulje, imenovane P50, to predstavlja delni tlak kisika, potreben za nasičenje mioglobina, ki ga vsebuje raztopina, za 50%. Če se torej P50 poveča, rečemo, da ima mioglobin nižjo afiniteto in če se P50 znižuje, rečemo, da ima mioglobin večjo pripadnost kisiku.
Ko se preučujejo krivulje vezave kisika za mioglobin in hemoglobin, opazimo, da je za vsak delni tlak kisika, ki ga preučujemo, bolj nasičen kot hemoglobin, kar kaže, da ima mioglobin večjo naklonjenost kisiku kot hemoglobin.
Vrste mišičnih vlaken in mioglobina
Skeletne mišice imajo v svoji sestavi različne vrste mišičnih vlaken, nekatere imenujemo počasno trzanje, druge pa hitro trzanje. Vlakna s hitrim trmenjenjem so strukturno in presnovno prilagojena, da se hitro in močno in anaerobno krčijo.
Vlakna s počasnim trzanjem so prilagojena za počasne, a daljše kontrakcije, značilne za aerobno vadbo. Ena od strukturnih razlik teh vlaken je koncentracija mioglobina, ki jim daje ime bela in rdeča vlakna.
Rdeča vlakna imajo visoko vsebnost mioglobina, kar jim daje rdečo barvo, hkrati pa jim omogoča tudi vzdrževanje velikih količin kisika, kar je bistveno za njihovo delovanje.
Normalne vrednosti
Normalne vrednosti krvi za moške so od 19 do 92 µg / l, za ženske pa 12 do 76 µg / l, vendar v različnih laboratorijih obstajajo razlike v vrednostih.
Omenjene vrednosti se povišajo, ko pride do uničenja mišic, na primer pri rabdomiolizi skeletnih mišic, ob obsežnih opeklinah, električnih sunkih ali ob obsežni mišični nekrozi zaradi arterijske okluzije, miokardnega infarkta in nekaterih miopatij.
Pod temi pogoji se mioglobin pojavi v urinu in mu da značilno barvo.
Reference
- Fauci, AS, Kasper, DL, Hauser, SL, Jameson, JL, & Loscalzo, J. (2012). Harrisonova načela interne medicine. DL Longo (ur.). New York: Mcgraw-hrib
- Ganong WF: Centralna regulacija visceralne funkcije, v pregledu medicinske fiziologije, 25. izd. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
- Guyton AC, dvorana JE: Predelki telesnih tekočin: zunajcelične in medcelične tekočine; Edema, v Učbeniku medicinske fiziologije, 13. izd., AC Guyton, JE Hall (ur.). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
- McCance, KL, & Huether, SE (2018). Patofiziologija-Ebook: biološka osnova bolezni pri odraslih in otrocih. Elsevier Health Sciences.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA in Rodwell, VW (2014). Harperjeva ilustrirana biokemija. Mcgraw-hrib.