stringtranslate.com

Миоглобин

Миоглобин (символ Mb или MB ) — это связывающий железо и кислород белок, который содержится 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 повреждения мышц . [11] [12] [13]

Высокая концентрация миоглобина в мышечных клетках позволяет организмам задерживать дыхание на более длительный период времени. Ныряющие млекопитающие, такие как киты и тюлени, имеют мышцы с особенно высоким содержанием миоглобина. [13] Миоглобин обнаружен в мышцах типа I, типа II A и типа II B; хотя многие старые тексты описывают миоглобин как не обнаруженный в гладких мышцах , это оказалось ошибочным: миоглобин также есть в клетках гладких мышц. [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 эти изменения у мышей с истощенным миоглобином, выдвигается гипотеза, что функция миоглобина связана с увеличением транспорта кислорода в мышцы и с хранением кислорода; кроме того, он служит поглотителем активных форм кислорода . [19]

У людей миоглобин кодируется геном MB . [ 20]

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

Отличия от гемоглобина

Как и гемоглобин, миоглобин является цитоплазматическим белком, который связывает кислород с гемовой группой. Он содержит только одну глобулиновую группу, тогда как гемоглобин содержит четыре. Хотя его гемовая группа идентична группам 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. [ необходима цитата ]

Роль в кулинарии

Миоглобин содержит гемы, пигменты, отвечающие за цвет красного мяса . Цвет, который принимает мясо, частично определяется степенью окисления миоглобина. В свежем мясе атом железа находится в состоянии окисления железа (+2), связанном с молекулой кислорода (O 2 ). Хорошо прожаренное мясо имеет коричневый цвет, потому что атом железа теперь находится в состоянии окисления 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 приобретать красновато-розовое «дымовое кольцо», которое возникает из-за связывания гемового центра с оксидом углерода . [23] Сырое мясо, упакованное в атмосферу оксида углерода, также показывает такое же розовое «дымовое кольцо» из-за тех же принципов. Примечательно, что поверхность этого сырого мяса также имеет розовый цвет, который обычно ассоциируется в сознании потребителей со свежим мясом. Этот искусственно вызванный розовый цвет может сохраняться, как сообщается, до одного года. [24] Hormel и Cargill (мясные компании в США), как сообщается, используют этот процесс упаковки мяса, и мясо, обработанное таким образом, появилось на потребительском рынке с 2003 года. [25]

Альтернативы мясу использовали различные способы воссоздания «мясного» вкуса, связанного с миоглобином. Impossible Foods использует леггемоглобин , гемсодержащий глобин из корневых клубеньков сои , произведенный как рекомбинантный белок в дрожжах Komagataella («Pichia pastoris»). [26] [27] Motif FoodWorks производит рекомбинантный бычий миоглобин с использованием дрожжей Komagataella , [28] считающийся GRAS FDA. [29] Moolec Science разработала сою , которая производит свиной миоглобин в своих семенах, под названием «Piggy Sooy»; он был одобрен Министерством сельского хозяйства США в апреле 2024 года. [30]

Роль в заболевании

Миоглобин высвобождается из поврежденной мышечной ткани, которая содержит очень высокие концентрации миоглобина. [31] Высвобожденный миоглобин попадает в кровоток, где высокие уровни могут указывать на рабдомиолиз . Миоглобин фильтруется почками , но токсичен для эпителия почечных канальцев и поэтому может вызвать острое повреждение почек . [32] Токсичен не сам миоглобин (это протоксин ) , а часть ферригемата, которая диссоциирует от миоглобина в кислой среде (например, кислая моча, лизосомы ). [ необходима цитата ]

Миоглобин является чувствительным маркером мышечного повреждения, что делает его потенциальным маркером сердечного приступа у пациентов с болью в груди . [33] Однако повышенный уровень миоглобина имеет низкую специфичность для острого инфаркта миокарда (ОИМ) , и поэтому для постановки диагноза следует учитывать КК-МБ , сердечный тропонин , ЭКГ и клинические признаки. [34]

Структура и связь

Миоглобин принадлежит к суперсемейству белков глобинов и, как и другие глобины, состоит из восьми альфа-спиралей, соединенных петлями. Миоглобин содержит 154 аминокислоты. [35]

Миоглобин содержит порфириновое кольцо с железом в центре. Проксимальная гистидиновая группа (His-93) присоединена непосредственно к железу, а дистальная гистидиновая группа (His-64) парит около противоположной стороны. [35] Дистальный имидазол не связан с железом, но доступен для взаимодействия с субстратом O 2 . Это взаимодействие способствует связыванию O 2 , но не оксида углерода (CO), который все еще связывается примерно в 240 раз сильнее, чем O 2 . [ необходима цитата ]

Связывание O 2 вызывает существенные структурные изменения в центре Fe, который уменьшается в радиусе и перемещается в центр кармана N4. Связывание O 2 вызывает «спин-спаривание»: пятикоординированная железная дезоксиформа имеет высокий спин , а шестикоординированная оксиформа имеет низкий спин и диамагнитна . [ требуется ссылка ]

Синтетические аналоги

Многие модели миоглобина были синтезированы в рамках широкого интереса к комплексам дикислорода переходных металлов . Хорошо известным примером является порфирин-частокол , который состоит из комплекса железа стерически объемного производного тетрафенилпорфирина . [37] В присутствии имидазольного лиганда этот комплекс железа обратимо связывает O 2 . Субстрат O 2 принимает изогнутую геометрию, занимая шестое положение центра железа. Ключевым свойством этой модели является медленное образование μ-оксодимера, который является неактивным диферриковым состоянием. В природе такие пути дезактивации подавляются белковой матрицей, которая предотвращает близкое сближение сборок Fe-порфирина. [38]

Комплекс порфирина типа «частокол» Fe с аксиальными координационными центрами, занятыми метилимидазолом (зеленым) и молекулярным кислородом . Группы R фланкируют центр связывания O 2 .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000198125 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000018893 – Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ Ordway GA, Garry DJ (сентябрь 2004 г.). «Миоглобин: незаменимый гемопротеин в поперечно-полосатых мышцах». Журнал экспериментальной биологии . 207 (ч. 20): 3441–6. doi : 10.1242/jeb.01172 . PMID  15339940.
  6. ^ Wick MR, Hornick JL (2011). «Иммуногистология мягких тканей и костных новообразований». Диагностическая иммуногистохимия . Elsevier. стр. 83–136. doi :10.1016/b978-1-4160-5766-6.00008-x. ISBN 978-1-4160-5766-6. Миоглобин — это белок массой 17,8 кДа, который содержится в сердечной и скелетной мышцах и образует комплексы с молекулами железа.
  7. ^ Feher J (2017). «Транспорт кислорода и углекислого газа». Количественная физиология человека . Elsevier. стр. 656–664. doi :10.1016/b978-0-12-800883-6.00064-1. ISBN 978-0-12-800883-6. Высокоокислительные мышечные волокна содержат много миоглобина. Он выполняет две функции в мышцах: он хранит кислород для использования во время тяжелых упражнений и усиливает диффузию через цитозоль , перенося кислород. Связывая O2, миоглобин (Mb) обеспечивает второй диффузионный путь для O2 через цитозоль клетки.
  8. ^ ab Wilson MT, Reeder BJ (2006). "МИОГЛОБИН". Энциклопедия респираторной медицины . Elsevier. стр. 73–76. doi :10.1016/b0-12-370879-6/00250-7. ISBN 978-0-12-370879-3. Миоглобин (Мб) — это гемсодержащий глобулярный белок, который в изобилии содержится в миоцитах сердца и скелетных мышц.
  9. ^ Boncyk JC (2007). «Периоперационная гипоксия». Осложнения анестезии . Elsevier. стр. 193–199. doi :10.1016/b978-1-4160-2215-2.50052-1. ISBN 978-1-4160-2215-2. Миоглобин служит как буфером O2, так и для хранения O2 в мышцах. Все известные миоглобины позвоночных и субъединицы β-гемоглобина схожи по структуре, но миоглобин связывает O2 более активно при низком Po2 (рис. 47-5), поскольку он является мономером (т. е. не претерпевает значительных конформационных изменений при оксигенации). Таким образом, миоглобин остается полностью насыщенным при напряжении O2 от 15 до 30 мм рт. ст. и выгружает свой O2 в митохондрии мышц только при очень низком напряжении O2.
  10. ^ Hardison RC (декабрь 2012 г.). «Эволюция гемоглобина и его генов». Cold Spring Harb Perspect Med . 2 (12): a011627. doi :10.1101/cshperspect.a011627. PMC 3543078. PMID 23209182  . 
  11. ^ Chung MJ, Brown DL (июль 2018 г.). «Диагностика острого инфаркта миокарда». В Brown DL (ред.). Cardiac Intensive Care-E-Book . стр. 91–98.e3. doi :10.1016/B978-0-323-52993-8.00009-6. ISBN 9780323529938. S2CID  260507329. Однако миоглобин не является специфическим для некроза миокарда, особенно при наличии повреждения скелетных мышц и почечной недостаточности .
  12. ^ Sekhon N, Peacock WF (2019). «Биомаркеры для помощи в оценке боли в груди». Биомаркеры сердечно-сосудистых заболеваний . Elsevier. стр. 115–128. doi :10.1016/b978-0-323-54835-9.00011-9. ISBN 978-0-323-54835-9. S2CID  59548142. Миоглобин не является специфическим для гибели сердечных миоцитов, и его уровень может повышаться при заболеваниях почек , а также при повреждении скелетных мышц.
  13. ^ ab Nelson DL, Cox MM (2000). Lehninger Principles of Biochemistry (3-е изд.). Нью-Йорк: Worth Publishers. стр. 206. ISBN 0-7167-6203-X.(Ссылка на Google Books — издание 2008 года)
  14. ^ Qiu Y, Sutton L, Riggs AF (сентябрь 1998 г.). «Идентификация миоглобина в гладких мышцах человека». Журнал биологической химии . 273 (36): 23426–32. doi : 10.1074/jbc.273.36.23426 . PMID  9722578.
  15. ^ (США) Национальный научный фонд: Хронология банка данных по белкам (21 января 2004 г.). Получено 17.03.2010
  16. ^ Kendrew JC, Bodo G, Dintzis HM, Parrish RG, Wyckoff H, Phillips DC (март 1958). "Трехмерная модель молекулы миоглобина, полученная с помощью рентгеновского анализа". Nature . 181 (4610): 662–6. Bibcode :1958Natur.181..662K. doi :10.1038/181662a0. PMID  13517261. S2CID  4162786.
  17. ^ Стоддарт С (1 марта 2022 г.). «Структурная биология: как белки получили свой крупный план». Knowable Magazine . doi : 10.1146/knowable-022822-1 . Получено 25 марта 2022 г. .
  18. ↑ Нобелевская премия по химии 1962 г.
  19. ^ Garry DJ, Kanatous SB, Mammen PP (2007). «Молекулярные идеи функциональной роли миоглобина». Гипоксия и кровообращение . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Т. 618. Springer. С. 181–93. doi :10.1007/978-0-387-75434-5_14. ISBN 978-0-387-75433-8. PMID  18269197.
  20. ^ Акабоши Э. (1985). «Клонирование гена человеческого миоглобина». Gene . 33 (3): 241–9. doi :10.1016/0378-1119(85)90231-8. PMID  2989088.
  21. ^ Harvey JW (2008). «Метаболизм железа и его нарушения». Клиническая биохимия домашних животных . Elsevier. стр. 259–285. doi :10.1016/b978-0-12-370491-7.00009-x. ISBN 978-0-12-370491-7. Миоглобин — это связывающий кислород белок, находящийся в основном в мышцах. Миоглобин служит локальным резервуаром кислорода, который может временно обеспечивать кислород, когда поступление кислорода в кровь недостаточно в периоды интенсивной мышечной активности. Железо в гемовой группе должно находиться в состоянии Fe+2, чтобы связывать кислород. Если железо окисляется до состояния Fe+3, образуется метмиоглобин.
  22. ^ Wilson MT, Reeder BJ (2006). «Миоглобин». В Laurent GJ, Shapiro SD (ред.). Энциклопедия респираторной медицины . Oxford: 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: Scribner. стр. 148. ISBN 0-684-80001-2.
  24. ^ Fraqueza MJ, Barreto AS (сентябрь 2011 г.). «Подход газовых смесей к улучшению срока годности мяса индейки при упаковке в модифицированной атмосфере: влияние оксида углерода». Poultry Science . 90 (9): 2076–84. doi : 10.3382/ps.2011-01366 . PMID  21844276.
  25. ^ "Мясные компании защищают использование оксида углерода". Бизнес . Minneapolis Star Tribune. Associated Press. 2007-10-30. Архивировано из оригинала 2013-12-25 . Получено 2013-02-11 .
  26. ^ Shelton K, Najera K, Ajredini S, Navarro J, Frangias T (апрель 2020 г.). «Молекулярная магия «мясного» мяса: структурное и последовательностное сходство между соевым леггемоглобином и бычьими глобинами». Журнал FASEB . 34 (S1): 1. doi : 10.1096/fasebj.2020.34.s1.04866 .
  27. ^ Bandoim L (20 декабря 2019 г.). «Что означает решение FDA о соевом леггемоглобине для невыполнимого бургера». Forbes . Получено 4 марта 2020 г.
  28. ^ ««Переломный момент во вкусе мясных альтернатив...» Motif FoodWorks запускает гем-связывающий белок, обеспечивающий «вкус и аромат настоящего мяса»». foodnavigator-usa.com . 17 сентября 2021 г.
  29. ^ "Re: Уведомление GRAS № GRN 001001". fda.gov . 2021-12-03.
  30. ^ "Moolec становится первой компанией молекулярного фермерства, получившей одобрение Министерства сельского хозяйства США на выращивание животных белков". Yahoo Finance . 22 апреля 2024 г.
  31. ^ Berridge BR, Van Vleet JF, Herman E (2013). «Сердечная, сосудистая и скелетно-мышечная системы». Справочник токсикологической патологии Хашека и Руссо . Elsevier. стр. 1567–1665. doi :10.1016/b978-0-12-415759-0.00046-7. ISBN 978-0-12-415759-0. Миоглобин — это низкомолекулярный связывающий кислород гемовый белок, который содержится исключительно в клетках сердца и скелетных мышц. В крови миоглобин связан в первую очередь с плазменными глобулинами, комплексом, который фильтруется почками. Если концентрация плазмы превышает связывающую способность плазмы (1,5 мг/дл у людей), миоглобин начинает появляться в моче. Высокие концентрации миоглобина могут изменить цвет мочи на темно-красно-коричневый.
  32. ^ Naka T, Jones D, Baldwin I, Fealy N, Bates S, Goehl H и др. (апрель 2005 г.). «Очистка миоглобина с помощью сверхвысокопоточной гемофильтрации в случае тяжелого рабдомиолиза: отчет о случае». Critical Care . 9 (2): R90-5. doi : 10.1186/cc3034 . PMC 1175920 . PMID  15774055. 
  33. ^ Вебер М., Рау М., Мадленер К., Эльзессер А., Банкович Д., Митрович В. и др. (ноябрь 2005 г.). «Диагностическая полезность новых иммуноанализов для сердечных маркеров cTnI, миоглобина и массы CK-MB». Клиническая биохимия . 38 (11): 1027–30. doi :10.1016/j.clinbiochem.2005.07.011. PMID  16125162.
  34. ^ Dasgupta A, Wahed A (2014). «Сердечные маркеры». Клиническая химия, иммунология и лабораторный контроль качества . Elsevier. стр. 127–144. doi :10.1016/b978-0-12-407821-5.00008-5. ISBN 978-0-12-407821-5. Миоглобин — это гемовый белок, который содержится как в скелетных, так и в сердечных мышцах. Миоглобин обычно высвобождается в кровоток уже через 1 час после инфаркта миокарда,... Миоглобин имеет низкую клиническую специфичность из-за присутствия большого количества миоглобина в скелетных мышцах. Некоторые исследования предлагают добавлять тест на миоглобин к тесту на тропонин I для повышения диагностической ценности [4]. Миоглобин, будучи небольшим белком, выводится с мочой, и высокий уровень сывороточного миоглобина встречается у пациентов с острой почечной недостаточностью (уремическим синдромом). Острая почечная недостаточность также является осложнением рабдомиолиза, ...
  35. ^ ab Универсальный номер доступа к белковому ресурсу P02144 в UniProt .
  36. ^ Drago RS (1980). «Свободнорадикальные реакции систем переходных металлов». Coordination Chemistry Reviews . 32 (2): 97–110. doi :10.1016/S0010-8545(00)80372-0.
  37. ^ Collman JP, Brauman JI, Halbert TR, Suslick KS (октябрь 1976 г.). «Природа связывания O2 и CO с металлопорфиринами и гемовыми белками». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 73 (10): 3333–7. Bibcode : 1976PNAS...73.3333C. doi : 10.1073/pnas.73.10.3333 . PMC 431107. PMID  1068445. 
  38. ^ Lippard SJ, Berg JM (1994). Принципы бионеорганической химии . Mill Valley, CA: University Science Books. ISBN 0-935702-73-3.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки