MIOGLOBINA: BUDOWA, FUNKCJA, WARTOŚCI PRAWIDŁOWE - BIOLOGIA - 2025

Mioglobiny to globularne białko wewnątrzkomórkowe się w cytozolu szkieletowych i komórek mięśnia sercowego. Jego główną funkcją jest tworzenie rezerwy tlenu i wspomaganie wewnątrzkomórkowego transportu tlenu.

John Kendrew i Max Perutz otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1962 roku za badania nad białkami kulistymi. Autorzy ci wyjaśnili trójwymiarową strukturę, odpowiednio, mioglobiny i hemoglobiny. Historycznie rzecz biorąc, mioglobina była jednym z pierwszych białek, na podstawie których określono trójwymiarową strukturę.

Graficzne przedstawienie struktury molekularnej trzech utlenionych białek: leghemoglobiny, hemoglobiny i mioglobiny (źródło: Veronica Stafford / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) przez Wikimedia Commons)

Białka globularne to zwarte cząsteczki o kulistym kształcie; są rozpuszczalne w cytozolu lub w lipidowej części błon komórkowych. Odpowiadają za główne działania biologiczne, w przeciwieństwie do białek włóknistych, których główne funkcje mają charakter strukturalny.

Mioglobina nadaje świeżemu mięsu czerwony kolor. Dzieje się tak, gdy mioglobina jest utleniona jako oksymioglobina, a żelazo, które ją tworzy, ma postać żelaza żelazawego: Mb-Fe2 + O2.

Gdy mięso jest wystawione na działanie środowiska, niestabilne żelazo żelazne utlenia się i staje się żelazem iw tych warunkach kolor zmienia się na brązowy z powodu tworzenia się metamioglobiny (Mb-Fe3 + + O2-).

Zwykle poziomy mioglobiny we krwi są bardzo małe, rzędu mikrogramów na litr (μg / l). Poziomy te zwiększają się, gdy dochodzi do zniszczenia mięśni, jak w przypadku rabdomiolizy mięśni szkieletowych lub zawału serca z niszczeniem tkanek oraz w niektórych miopatiach.

Jego obecność w moczu obserwuje się w pewnych stanach, w których uszkodzenie tkanek jest bardzo ważne. Jego wczesna wartość diagnostyczna w przypadku zawału serca jest dyskusyjna.

Struktura mioglobiny

Mioglobina ma masę cząsteczkową prawie 18 kDa, w tym grupę hemową. Składa się z czterech spiralnych segmentów połączonych „ostrymi zwojami”. Te helisy mioglobiny są ciasno upakowane i zachowują swoją integralność strukturalną nawet po usunięciu grupy hemu.

Struktura białek globularnych, jak również wszystkich białek komórkowych, jest hierarchiczna, tak więc struktura mioglobiny jest również hierarchiczna. Pierwszy poziom to pierwotna struktura utworzona przez liniową sekwencję aminokwasów, a mioglobina składa się z łańcucha 153 aminokwasów.

Graficzny schemat helikalnej i kulistej struktury mioglobiny (źródło: Dcrjsr / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) via Wikimedia Commons)

Drugorzędowa struktura mioglobiny składa się z konformacji helis alfa. Mioglobina zawiera 8 helis alfa utworzonych przez powtarzające się fragmenty polipeptydu, które są połączone krótkimi segmentami w układzie nieokresowym.

Trzeciorzędowa struktura składa się z trójwymiarowej konformacji o aktywności biologicznej. Najważniejszymi cechami tej konstrukcji są fałdy. Struktura czwartorzędowa odnosi się do złożenia dwóch lub więcej łańcuchów polipeptydowych oddzielonych i połączonych wiązaniami lub oddziaływaniami niekowalencyjnymi.

Mioglobina i jej hemowa grupa protetyczna (źródło: Thomas Splettstoesser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) przez Wikimedia Commons)

Mioglobina ma bardzo zwartą strukturę, z resztami hydrofobowymi skierowanymi do wewnątrz i resztami hydrofilowymi lub polarnymi skierowanymi na zewnątrz. Wewnętrzne reszty niepolarne składają się z leucyny, waliny, metioniny i fenyloalaniny. Jedynymi wewnętrznymi resztami polarnymi są dwie histydyny, które pełnią funkcje w miejscu aktywnym.

Grupa hemu protetycznego znajduje się w szczelinie w apolarnej wewnętrznej części łańcucha polipeptydowego mioglobiny. Ta grupa zawiera żelazo w postaci żelazawego żelaza, które wiąże się z tlenem, tworząc oksymioglobinę.

Funkcjonować

Zadaniem mioglobiny jest wiązanie tlenu z grupą hemową jej struktury i tworzenie rezerwy tlenu dla funkcji mięśni. Ponieważ tlen jest uwięziony w strukturze mioglobiny w cytoplazmie komórki mięśniowej, jego ciśnienie wewnątrzkomórkowe, określane przez wolny tlen, pozostaje niskie.

Niskie ciśnienie wewnątrzkomórkowe tlenu utrzymuje gradient umożliwiający przenikanie tlenu do komórki. To sprzyja przechodzeniu tlenu z krwiobiegu do komórki mięśniowej. Gdy mioglobina jest nasycona, wzrasta poziom tlenu wewnątrzkomórkowego, który stopniowo zmniejsza gradient, a tym samym zmniejsza transfer.

Krzywa wiązania tlenu z mioglobiną jest hiperboliczna. W początkowych częściach krzywej niewielkie zmiany ciśnienia parcjalnego tlenu powodują duże zmiany w nasyceniu mioglobiny tlenem.

Następnie, wraz ze wzrostem ciśnienia parcjalnego tlenu, nasycenie nadal rośnie, ale wolniej, to znaczy do zwiększenia nasycenia mioglobiny potrzebny jest znacznie większy wzrost ciśnienia parcjalnego tlenu, a krzywa spłaszcza się.

Istnieje zmienna, która mierzy powinowactwo krzywej zwanej P50, reprezentuje ciśnienie parcjalne tlenu potrzebne do nasycenia mioglobiny zawartej w roztworze o 50%. Tak więc, jeśli P50 wzrasta, mówi się, że mioglobina ma mniejsze powinowactwo, a jeśli P50 spada, mówi się, że mioglobina ma większe powinowactwo do tlenu.

Kiedy bada się krzywe wiązania tlenu dla mioglobiny i hemoglobiny, obserwuje się, że dla dowolnego badanego ciśnienia parcjalnego tlenu mioglobina jest bardziej nasycona niż hemoglobina, co wskazuje, że mioglobina ma większe powinowactwo do tlenu niż hemoglobina.

Rodzaje włókien mięśniowych i mioglobiny

Mięśnie szkieletowe mają w swoim składzie różne rodzaje włókien mięśniowych, niektóre zwane wolnokurczliwymi, a inne szybkokurczliwe. Szybkokurczliwe włókna są strukturalnie i metabolicznie przystosowane do szybkiego i energicznego skurczu oraz beztlenowego.

Włókna wolnokurczliwe są przystosowane do wolnych, ale dłuższych skurczów typowych dla ćwiczeń aerobowych oporowych. Jedną z różnic strukturalnych tych włókien jest stężenie mioglobiny, co daje im nazwę włókien białych i czerwonych.

Włókna czerwone mają wysoką zawartość mioglobiny, która nadaje im czerwony kolor, ale także pozwala na utrzymanie dużej ilości tlenu, który jest niezbędny do ich funkcjonowania.

Wartości normalne

Normalne wartości krwi dla mężczyzn wynoszą od 19 do 92 µg / l, a dla kobiet od 12 do 76 µg / l, jednak istnieją różnice w wartościach w różnych laboratoriach.

Wartości te zwiększają się, gdy dochodzi do zniszczenia mięśni, jak ma to miejsce w przypadku rabdomiolizy mięśni szkieletowych, rozległych oparzeń, wstrząsów elektrycznych lub rozległej martwicy mięśni spowodowanej zamknięciem tętnic, zawału mięśnia sercowego i niektórych miopatii.

W tych warunkach mioglobina pojawia się w moczu i nadaje mu charakterystyczny kolor.

Bibliografia

1. Fauci, AS, Kasper, DL, Hauser, SL, Jameson, JL i Loscalzo, J. (2012). Zasady medycyny wewnętrznej Harrisona. DL Longo (red.). Nowy Jork: Mcgraw-hill
2. Ganong WF: Central Regulation of Visceral Function, in Review of Medical Physiology, 25th ed. Nowy Jork, McGraw-Hill Education, 2016.
3. Guyton AC, Hall JE: The Body Fluid Compartments: Extracellular and intracellular fluid; Edema, w Textbook of Medical Physiology, wyd. 13, AC Guyton, JE Hall (red.). Filadelfia, Elsevier Inc., 2016.
4. McCance, KL i Huether, SE (2018). Patofizjologia-Ebook: biologiczne podłoże chorób u dorosłych i dzieci. Elsevier Health Sciences.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA i Rodwell, VW (2014). Ilustrowana biochemia Harpera. Mcgraw-hill.