stringtranslate.com

Миоглобин

Миоглобин (обозначение Mb или MB ) представляет собой железо- и кислородсвязывающий белок , обнаруженный в сердечной и скелетной мышечной ткани позвоночных в целом и почти у всех млекопитающих. [5] [6] [7] [8] [9] Миоглобин отдаленно связан с гемоглобином . По сравнению с гемоглобином миоглобин имеет более высокое сродство к кислороду и не имеет кооперативного связывания с кислородом, как гемоглобин. [8] [10] Миоглобин состоит из неполярных аминокислот в ядре глобулина, где гемовая группа нековалентно связана с окружающим полипептидом миоглобина. У людей миоглобин обнаруживается в кровотоке только после мышечной травмы . [11] [12] [13]

Высокие концентрации миоглобина в мышечных клетках позволяют организмам задерживать дыхание на более длительный период времени. Ныряющие млекопитающие, такие как киты и тюлени, имеют мышцы с особенно высоким содержанием миоглобина. [13] Миоглобин содержится в мышцах типа I, типа II A и типа II B; хотя во многих текстах считается, что миоглобин не содержится в гладких мышцах , это оказалось ошибочным: миоглобин также имеется в гладкомышечных клетках. [14]

Миоглобин был первым белком, трехмерная структура которого была обнаружена с помощью рентгеновской кристаллографии . [15] Об этом достижении сообщили в 1958 году Джон Кендрю и его коллеги. [16] За это открытие Кендрю разделил Нобелевскую премию по химии 1962 года с Максом Перуцем . [17] [18] Несмотря на то, что это один из наиболее изученных белков в биологии, его физиологическая функция еще окончательно не установлена: мыши, генетически модифицированные с отсутствием миоглобина, могут быть жизнеспособными и плодовитыми, но демонстрируют множество клеточных и физиологических адаптаций для преодоления потери. Наблюдая за этими изменениями у мышей с истощением миоглобина, было высказано предположение, что функция миоглобина связана с увеличением транспорта кислорода в мышцы и накоплением кислорода; кроме того, он служит поглотителем активных форм кислорода . [19]

У человека миоглобин кодируется геном MB . [20]

Миоглобин может принимать формы оксимиоглобина (MbO 2 ), карбоксимиоглобина (MbCO) и метмиоглобина (met-Mb), аналогично гемоглобину, принимающего формы оксигемоглобина (HbO 2 ), карбоксигемоглобина (HbCO) и метгемоглобина (met-Hb). [21]

Отличия от гемоглобина

Как и гемоглобин, миоглобин представляет собой цитоплазматический белок, который связывает кислород с помощью гемовой группы. Он содержит только одну группу глобулинов, тогда как гемоглобин их четыре. Хотя его гемовая группа идентична гемовой группе Hb, Mb имеет более высокое сродство к кислороду, чем гемоглобин, но меньшую общую способность к хранению кислорода. [22] Новейшее открытие показывает, что миоглобин облегчает диффузию кислорода вниз по градиенту, улучшая транспорт кислорода в митохондриях.

Роль в кухне

Миоглобин содержит гемы — пигменты , отвечающие за цвет красного мяса . Цвет мяса частично определяется степенью окисления миоглобина. В свежем мясе атом железа находится в степени окисления двухвалентного железа (+2), связанный с молекулой кислорода (O 2 ). Хорошо приготовленное мясо становится коричневым, потому что атом железа теперь находится в степени окисления трехвалентного железа (+3), потеряв электрон. Если мясо подверглось воздействию нитритов , оно останется розовым, потому что атом железа связан с NO, оксидом азота (это справедливо, например, для солонины или вяленой ветчины ). Мясо на гриле также может иметь красновато-розовое «кольцо дыма», которое возникает из-за связывания гем-центра с окисью углерода . [23] Сырое мясо, упакованное в атмосфере угарного газа, также имеет такое же розовое «кольцо дыма» по тем же принципам. Примечательно, что поверхность этого сырого мяса также имеет розовый цвет, который обычно ассоциируется у потребителей со свежим мясом. Этот искусственно вызванный розовый цвет может сохраняться, как сообщается, до одного года. [24] Сообщается, что Hormel и Cargill (мясоперерабатывающие компании в США) используют этот процесс упаковки мяса, а мясо, обработанное таким образом, присутствует на потребительском рынке с 2003 года. [25]

Роль в болезни

Миоглобин высвобождается из поврежденной мышечной ткани, которая содержит очень высокие концентрации миоглобина. [26] Высвобожденный миоглобин попадает в кровоток, где его высокий уровень приводит к рабдомиолизу . Миоглобин фильтруется почками , но токсичен для эпителия почечных канальцев и поэтому может вызвать острое повреждение почек . [27] Токсичным является не сам миоглобин (это протоксин ) , а ферригематная часть, которая диссоциирует от миоглобина в кислой среде (например, кислая моча, лизосомы ).

Миоглобин является чувствительным маркером повреждения мышц, что делает его потенциальным маркером сердечного приступа у пациентов с болью в груди . [28] Однако повышенный уровень миоглобина имеет низкую специфичность для острого инфаркта миокарда (ОИМ) , поэтому для постановки диагноза следует учитывать CK-MB , сердечный тропонин , ЭКГ и клинические признаки. [29]

Структура и связь

Миоглобин принадлежит к суперсемейству белков глобинов и, как и другие глобины, состоит из восьми альфа-спиралей , соединенных петлями. Миоглобин содержит 153 аминокислоты. [30]

Миоглобин содержит порфириновое кольцо с железом в центре. Проксимальная группа гистидина (His-93) прикреплена непосредственно к железу, а дистальная группа гистидина (His-64 ) находится вблизи противоположной поверхности. [30] Дистальный имидазол не связан с железом, но доступен для взаимодействия с субстратом O 2 . Это взаимодействие способствует связыванию O 2 , но не монооксида углерода (CO), который все еще связывается примерно в 240 раз сильнее, чем O 2 .

Связывание O 2 вызывает существенные структурные изменения в центре Fe, который сжимается по радиусу и перемещается в центр кармана N4. Связывание O 2 вызывает «спиновое спаривание»: пятикоординатная дезокси-форма железа является высокоспиновой , а шестикоординатная окси-форма является низкоспиновой и диамагнитной . [ нужна цитата ]

Синтетические аналоги

Многие модели миоглобина были синтезированы в рамках широкого интереса к дикислородным комплексам переходных металлов . Хорошо известным примером является порфирин для частокола , который состоит из железистого комплекса пространственно объемистого производного тетрафенилпорфирина . [32] В присутствии имидазольного лиганда этот комплекс железа обратимо связывает O 2 . Подложка O 2 имеет изогнутую геометрию, занимая шестое положение железного центра. Ключевым свойством этой модели является медленное образование μ-оксо-димера, который представляет собой неактивное состояние дижелеза. В природе такие пути дезактивации подавляются белковым матриксом, препятствующим тесному сближению комплексов Fe-порфирина. [33]

Порфириновый комплекс Fe в виде частокола с осевыми координационными центрами, занятыми метилимидазолом (зеленый) и дикислородом . Группы R фланкируют сайт связывания O 2 .

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abc GRCh38: Версия Ensembl 89: ENSG00000198125 — Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000018893 — Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Ссылка на Human PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Ссылка на Mouse PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ Ордвей, Джорджия, Гарри Диджей (сентябрь 2004 г.). «Миоглобин: незаменимый гемопротеин в поперечнополосатых мышцах». Журнал экспериментальной биологии . 207 (Часть 20): 3441–6. дои : 10.1242/jeb.01172 . ПМИД  15339940.
  6. ^ Вик М.Р., Хорник Дж.Л. (2011). «Иммуногистология новообразований мягких тканей и костей». Диагностическая иммуногистохимия . Эльзевир. стр. 83–136. doi : 10.1016/b978-1-4160-5766-6.00008-x. ISBN 978-1-4160-5766-6. Миоглобин представляет собой белок массой 17,8 кДа, который содержится в сердечной и скелетных мышцах и образует комплексы с молекулами железа.
  7. ^ Фехер Дж (2017). «Перенос кислорода и углекислого газа». Количественная физиология человека . Эльзевир. стр. 656–664. дои : 10.1016/b978-0-12-800883-6.00064-1. ISBN 978-0-12-800883-6. Мышечные волокна с высокой окислительной способностью содержат много миоглобина. В мышцах он выполняет две функции: сохраняет кислород для использования во время тяжелых упражнений и усиливает диффузию через цитозоль, перенося кислород. Связывая O2, миоглобин (Mb) обеспечивает второй путь диффузии O2 через цитозоль клетки.
  8. ^ Аб Уилсон М.Т., Ридер Б.Дж. (2006). «МИОГЛОБИН». Энциклопедия респираторной медицины . Эльзевир. стр. 73–76. дои : 10.1016/b0-12-370879-6/00250-7. ISBN 978-0-12-370879-3. Миоглобин (Mb) представляет собой гемсодержащий глобулярный белок, который в изобилии содержится в миоцитах сердца и скелетных мышц.
  9. ^ Бончик JC (2007). «Периоперационная гипоксия». Осложнения при анестезии . Эльзевир. стр. 193–199. дои : 10.1016/b978-1-4160-2215-2.50052-1. ISBN 978-1-4160-2215-2. Миоглобин служит одновременно буфером O2 и хранилищем O2 в мышцах. Все известные миоглобины позвоночных и субъединицы β-гемоглобина сходны по структуре, но миоглобин связывает О2 более активно при низком Ро2 (рис. 47-5), поскольку он является мономером (т. е. не претерпевает значительных конформационных изменений при оксигенации). Таким образом, миоглобин остается полностью насыщенным при напряжении О2 от 15 до 30 мм рт. ст. и выгружает свой О2 в митохондрии мышц только при очень низком напряжении О2.
  10. ^ Хардисон RC (декабрь 2012 г.). «Эволюция гемоглобина и его генов». Колд Спринг Харб Перспектив Мед . 2 (12): а011627. doi : 10.1101/cshperspect.a011627. ПМК 3543078 . ПМИД  23209182. 
  11. ^ Чунг MJ, Браун DL (июль 2018 г.). «Диагностика острого инфаркта миокарда». В Брауне Д.Л. (ред.). Электронная книга «Сердечная интенсивная терапия» . стр. 91–98.e3. дои : 10.1016/B978-0-323-52993-8.00009-6. ISBN 9780323529938. S2CID  260507329. Однако миоглобин неспецифичен для некроза миокарда, особенно при наличии повреждения скелетных мышц и почечной недостаточности .
  12. ^ Сехон Н., Пикок В.Ф. (2019). «Биомаркеры, помогающие оценить боль в груди». Биомаркеры сердечно-сосудистых заболеваний . Эльзевир. стр. 115–128. дои : 10.1016/b978-0-323-54835-9.00011-9. ISBN 978-0-323-54835-9. S2CID  59548142. Миоглобин неспецифичен в отношении гибели сердечных миоцитов, и его уровни могут повышаться при заболеваниях почек , а также при повреждении скелетных мышц.
  13. ^ аб Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (2000). Ленингерские принципы биохимии (3-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Worth. п. 206. ИСБН 0-7167-6203-Х.(Ссылка на книги Google — издание 2008 года)
  14. ^ Цю Ю, Саттон Л., Риггс А.Ф. (сентябрь 1998 г.). «Идентификация миоглобина в гладких мышцах человека». Журнал биологической химии . 273 (36): 23426–32. дои : 10.1074/jbc.273.36.23426 . ПМИД  9722578.
  15. ^ (США) Национальный научный фонд: Хронология банка данных белков (21 января 2004 г.). Проверено 17.03.2010.
  16. ^ Кендрю Дж.К., Бодо Дж., Динцис Х.М., Пэрриш Р.Г., Вайкофф Х., Филлипс, округ Колумбия (март 1958 г.). «Трехмерная модель молекулы миоглобина, полученная методом рентгеноструктурного анализа». Природа . 181 (4610): 662–6. Бибкод : 1958Natur.181..662K. дои : 10.1038/181662a0. PMID  13517261. S2CID  4162786.
  17. ↑ Стоддарт C (1 марта 2022 г.). «Структурная биология: как белки стали крупным планом». Знающий журнал . doi : 10.1146/knowable-022822-1 . Проверено 25 марта 2022 г.
  18. ^ Нобелевская премия по химии 1962 г.
  19. ^ Гарри DJ, Канатус С.Б., Маммен ПП (2007). «Молекулярное понимание функциональной роли миоглобина». Гипоксия и кровообращение . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 618. Спрингер. стр. 181–93. дои : 10.1007/978-0-387-75434-5_14. ISBN 978-0-387-75433-8. ПМИД  18269197.
  20. ^ Акабоши Э (1985). «Клонирование гена миоглобина человека». Джин . 33 (3): 241–9. дои : 10.1016/0378-1119(85)90231-8. ПМИД  2989088.
  21. ^ Харви Дж.В. (2008). «Метаболизм железа и его нарушения». Клиническая биохимия домашних животных . Эльзевир. стр. 259–285. doi : 10.1016/b978-0-12-370491-7.00009-x. ISBN 978-0-12-370491-7. Миоглобин — белок, связывающий кислород, расположенный преимущественно в мышцах. Миоглобин служит локальным резервуаром кислорода, который может временно обеспечивать кислород, когда доставка кислорода в кровь недостаточна в периоды интенсивной мышечной активности. Железо внутри гемовой группы должно находиться в состоянии Fe+2, чтобы связывать кислород. Если железо окисляется до состояния Fe+3, образуется метмиоглобин.
  22. ^ Уилсон М.Т., Ридер Б.Дж. (2006), «МИОГЛОБИН», в Лоране Г.Дж., Шапиро С.Д. (ред.), Энциклопедия респираторной медицины , Оксфорд: Academic Press, стр. 73–76, doi : 10.1016/b0-12-370879 -6/00250-7, ISBN 978-0-12-370879-3
  23. ^ МакГи Х (2004). О еде и кулинарии: наука и знания кухни . Нью-Йорк: Скрибнер. п. 148. ИСБН 0-684-80001-2.
  24. ^ Fraqueza MJ, Barreto AS (сентябрь 2011 г.). «Подход к увеличению срока хранения мяса индейки при упаковке в модифицированной атмосфере с помощью газовых смесей: влияние угарного газа». Птицеводство . 90 (9): 2076–84. дои : 10.3382/ps.2011-01366 . ПМИД  21844276.
  25. ^ «Мясные компании защищают использование угарного газа» . Бизнес . Миннеаполис Стар Трибьюн. Ассошиэйтед Пресс. 30 октября 2007 г. Архивировано из оригинала 25 декабря 2013 г. Проверено 11 февраля 2013 г.
  26. ^ Берридж Б.Р., Ван Влит Дж.Ф., Герман Э. (2013). «Сердечная, сосудистая и скелетно-мышечная системы». Справочник Гашека и Руссо по токсикологической патологии . Эльзевир. стр. 1567–1665. дои : 10.1016/b978-0-12-415759-0.00046-7. ISBN 978-0-12-415759-0. Миоглобин представляет собой низкомолекулярный гемовый белок, связывающий кислород, который содержится исключительно в клетках сердца и скелетных мышц. В крови миоглобин связывается преимущественно с глобулинами плазмы, комплексом, который фильтруется почками. Если концентрация в плазме превышает связывающую способность плазмы (1,5 мг/дл у человека), миоглобин начинает появляться в моче. Высокие концентрации миоглобина могут изменить цвет мочи на темно-красно-коричневый.
  27. ^ Нака Т., Джонс Д., Болдуин И., Фили Н., Бейтс С., Гоэль Х. и др. (апрель 2005 г.). «Клиренс миоглобина посредством сверхвысокопоточной гемофильтрации в случае тяжелого рабдомиолиза: отчет о случае». Критическая помощь . 9 (2): Р90-5. дои : 10.1186/cc3034 . ПМК 1175920 . ПМИД  15774055. 
  28. ^ Вебер М., Рау М., Мадленер К., Эльзессер А., Банкович Д., Митрович В. и др. (ноябрь 2005 г.). «Диагностическая ценность новых иммуноанализов для определения сердечных маркеров cTnI, миоглобина и массы CK-MB». Клиническая биохимия . 38 (11): 1027–30. doi :10.1016/j.clinbiochem.2005.07.011. ПМИД  16125162.
  29. ^ Дасгупта А., Вахед А. (2014). «Сердечные маркеры». Клиническая химия, иммунология и лабораторный контроль качества . Эльзевир. стр. 127–144. дои : 10.1016/b978-0-12-407821-5.00008-5. ISBN 978-0-12-407821-5. Миоглобин — это гем-белок, обнаруженный как в скелетных, так и в сердечной мышце. Миоглобин обычно высвобождается в кровообращение уже через 1 час после инфаркта миокарда... Миоглобин имеет плохую клиническую специфичность из-за присутствия больших количеств миоглобина в скелетных мышцах. Некоторые исследования предлагают добавить тест на миоглобин к тесту на тропонин I для повышения диагностической ценности [4]. Миоглобин, будучи небольшим белком, выводится с мочой, а высокий уровень миоглобина в сыворотке крови наблюдается у пациентов с острой почечной недостаточностью (уремическим синдромом). Острая почечная недостаточность также является осложнением рабдомиолиза.
  30. ^ ab Номер доступа к универсальному белковому ресурсу P02144 в UniProt .
  31. ^ Драго РС (1980). «Свободнорадикальные реакции систем переходных металлов». Обзоры координационной химии . 32 (2): 97–110. дои : 10.1016/S0010-8545(00)80372-0.
  32. ^ Коллман Дж. П., Брауман Дж. И., Халберт Т. Р., Суслик К. С. (октябрь 1976 г.). «Природа связывания O2 и CO с металлопорфиринами и гемовыми белками». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 73 (10): 3333–7. Бибкод : 1976PNAS...73.3333C. дои : 10.1073/pnas.73.10.3333 . ПМК 431107 . ПМИД  1068445. 
  33. ^ Липпард С.Дж., Берг Дж.М. (1994). Основы бионеорганической химии . Милл-Вэлли, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN 0-935702-73-3.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки