Myoglobin

Myoglobin
Illustratives Bild des Artikels Myoglobin
Myoglobin- Pottwal mit Häm in Rot ( PDB  1MBO )
Haupteigenschaften
Symbol MB
Homo sapiens
Ort 22 q 12.3
Molekulargewicht 17 184  Da
Anzahl der Rückstände 154  Aminosäuren
Komm herein 4151
HUGO 6915
OMIM 160.000
UniProt P02144
RefSeq ( mRNA ) NM_005368.2 , NM_203377.1 , NM_203378.1 , XM_005261605.2
RefSeq ( Protein ) NP_005359.1 , NP_976311.1 , NP_976312.1 , XP_005261662.1
Zusammen ENSG00000198125
PDB 3RGK

GENATLAS • Gentests • GoPubmed • HCOP • H-InvDB • Treefam • Vega

Links über GeneCards und HUGO zugänglich .

Das Myoglobin , das üblicherweise durch Mb symbolisiert wird, ist ein Metalloprotein, das Eisen enthält , das in den Muskeln von Wirbeltieren und insbesondere Säugetieren vorhanden ist . Es ist strukturell mit Hämoglobin verwandt , hat jedoch die Funktion, Sauerstoff O 2 zu speichernanstatt es zu transportieren. Wie Hämoglobin verwendet es Häm als prothetische Gruppe und ist daher ein Hämoprotein  . Im Gegensatz zu Hämoglobin ist Myoglobin dagegen ein monomeres Protein , dh es besteht nur aus einer Globin- Untereinheit . Es hat daher nur eine Sauerstoffbindungsstelle pro Molekül und zeigt keine kooperative Wirkung durch Allosterie .

Myoglobin ist das wichtigste sauerstoffbindende Pigment im Muskel. Eine höhere Myoglobinkonzentration in Myozyten ermöglicht es Wirbeltieren, länger den Atem anzuhalten: Die Muskeln von Meeressäugern wie Walen und Flossenfüßern sind besonders reich an Myoglobin, die von Walen können somit bis zu 6  g Myoglobin pro 100  g Muskel enthalten , das ist zehnmal mehr als beim Menschen . Im Allgemeinen ist Myoglobin im Myokard und in den gestreiften Skelettmuskeln vorhanden , aber die meisten Quellen gehen davon aus, dass es den glatten Muskeln fehlt. Beim Menschen ist seine Anwesenheit im Blut abnormal und resultiert aus Muskelschäden, die mit der Zerstörung von Myozyten oder Rhabdomyolyse einhergehen  . Darüber hinaus kann es in bestimmten Fällen von Bedeutung sein, die Diagnose zu erleichtern.

Myoglobin hat eine viel höhere Affinität für Sauerstoff als Hämoglobin: gemessen durch p 50, das heißt der Partialdruck von Sauerstoff bei der die Hälfte der Sauerstoffbindungsstellen besetzt sind, daß von Myoglobin ist typischerweise 130  Pa , gegen etwa 3,5  kPa für Hämoglobin. Myoglobin kann somit den Sauerstoff speichern, der durch Hämoglobin aus dem Blutkreislauf gebracht wird . Ebenso wie Hämoglobin die Form Oxyhämoglobin HbO 2 annehmen kann, Carboxyhämoglobin HbCO und Methämoglobin met-Hb, Myoglobin kann die Form Oxymyoglobin MbO 2 annehmen, Carboxymyoglobin MbCO und Metmyoglobin met-Mb.

Myoglobin ist mit Zytoglobinen verwandt , bei denen es sich um allgegenwärtige Globine im Zytoplasma von Zellen handelt , in denen sie Sauerstoff speichern. Myoglobin ist das erste Protein, dessen dreidimensionale Struktur durch Röntgenkristallographie aufgeklärt wurde  . Dieses Ergebnis wurde 1958 von John Kendrew et al. , der 1962 mit Max Perutz den Nobelpreis für Chemie teilte . Beim Menschen ist das Myoglobin ein Protein mit 154  Resten von Aminosäuren und 17,2  kDa , das vom Gen MB auf Chromosom 22 kodiert wird . Obwohl Myoglobin eines der am meisten untersuchten Proteine ​​in der Biologie ist, ist seine physiologische Funktion noch nicht vollständig geklärt: Daher ist Myoglobin für das Leben von Säugetieren nicht wesentlich, wie Mäuse ohne Myoglobin zeigen, die lebensfähig sind, obwohl sie 30% aufweisen Verringerung des vom Herzen mit jeder Kontraktion gepumpten Blutvolumens ; Sie kompensieren diesen Mangel durch die natürlichen Reaktionen, die bei Hypoxie , insbesondere Vasodilatation, beobachtet werden .

Struktur und Betrieb

Beim Menschen umfasst die Primärstruktur von Myoglobin eine einzelne Polypeptidkette mit 154 Resten für eine Molekülmasse von 17,2  kDa . Seine Sekundärstruktur umfasst acht α-Helices , die drei Viertel der Reste der Aminosäuren des Proteins enthalten . Seine Tertiärstruktur ist die eines Globins , das Häm b als prothetische Gruppe verwendet .

Jedes Myoglobinmolekül enthält ein Häm- b- Molekül . Dies ist ein Protoporphyrin IX komplexierten mit einem Kation aus Eisen Eisen Fe 2+ , die sechswertiges und greift die vier Bindungen mit vier Atomen von Stickstoff von Häm, eine fünften Verbindung mit einem Stickstoffatom der Kettenseite eines Histidin - Rest des F Helix, genannt proximales Histidin (His94-Rest), während die sechste Koordinationsposition frei bleibt, um das Sauerstoffmolekül aufzunehmen. Ein Histidinrest aus der Helix E, genannt distales Histidin (His65-Rest), führt eine sterische Hinderung in die Sauerstoffbindungsstelle ein, wodurch verhindert wird, dass der Ligand der sechsten Koordinationsposition auf orthogonale Weise an das Häm bindet . Dies ist gut für Sauerstoff geeignet, der an das Eisenkation bindet und einen Winkel von 120 ° zur Ebene des Häms bildet. Dieser Winkel ermöglicht auch die Herstellung einer Wasserstoffbindung zwischen dem Sauerstoffmolekül und dem distalen Histidin. Im Gegensatz dazu neigt Kohlenmonoxid dazu, orthogonal an Häm zu binden: Das Vorhandensein von distalem Histidin, das die Bildung dieser orthogonalen Wechselwirkung sterisch verhindert, bewirkt eine Verringerung der Affinität von Myoglobin zu Kohlenmonoxid um zwei Größenordnungen, die jedoch stark bleibt höher - fast 250-mal - als das von Myoglobin für Sauerstoff.

Das Fe 2+ -Eisenkation von Desoxymyoglobin befindet sich 30  um von der Hämebene entfernt , aber die Bindung von Sauerstoff an die andere Seite senkt es auf nur 10  um von dieser Ebene, wodurch ein Zug auf Histidin proximal induziert wird, der auf das gesamte übertragen wird Molekül, das eine Konformationsänderung im Protein verursacht. Unter bestimmten Umständen kann Eisen zu Eisen (III) Fe 3+ oxidiert werden, um Metmyoglobin zu bilden, das die Sauerstoffspeicherfunktion dieses Proteins hemmt.

Myoglobin und rote Fleischfarben

Der Überfluss an Myoglobin in den Muskeln von Säugetieren ist für die rote Farbe ihres Fleisches verantwortlich , im Gegensatz zu der blassen Farbe von weißem Fleisch (hauptsächlich Geflügel und Schweinefleisch ) und Fischfleisch . Rotes Fleisch ist im Allgemeinen reicher an feinen Muskelfasern, die ohne Ruheperioden kontinuierlich funktionieren sollen (wie Herzmuskel), während weißes Fleisch im Allgemeinen an dicken Muskelfasern reicher ist, die über einen bestimmten Zeitraum intensiv funktionieren sollen Vögel, zum Beispiel Hühnerbrust).

Rotes Fleisch hat je nach Koch- und Konservierungszustand unterschiedliche Farben. Diese Farbabweichungen werden durch Änderungen des Zustands des in diesen Geweben vorhandenen Myoglobins erklärt . Die rote Farbe von Myoglobin ist auf π-Bindungen in Häm zurückzuführen, die Wellenlängen aus dem blauen Teil des sichtbaren Spektrums absorbieren , sodass nur Rot wieder emittiert wird. Dies ist insbesondere bei frischem Fleisch der Fall, dessen Eisenkation Eisen ist, dh es befindet sich in der Oxidationsstufe +2 und ist an Sauerstoff gebunden. Bei richtiger Zubereitung nimmt rotes Fleisch aufgrund der Oxidation seines Myoglobins zu Metmyoglobin, bei dem das Eisenkation Eisen (III) ist, eine braune Färbung an , dh es befindet sich im Oxidationszustand +3 (Fe 3+ -Kation ). Fleisch kann rosa werden, wenn es NO 2 -Nitriten ausgesetzt wird -nach der Bindung eines Stickstoffmonoxid- NO- Moleküls an Häm: Dies ist beispielsweise bei Corned Beef und bestimmten Schinken der Fall .

Rotes Fleisch neigt dazu, mit zunehmendem Alter braun zu werden, insbesondere aufgrund der dort stattfindenden mikrobiellen Aktivität, die dazu neigt, Myoglobin zu Metmyoglobin zu oxidieren. Dies ist der Grund, warum wir rohes Fleisch von brauner Farbe mit faulem Fleisch assoziieren. Wenn jedoch richtig gekochtes Fleisch aufgrund der Bildung von Metmyoglobin braun ist, kann gegrilltes Fleisch auch durch Bindung eines Kohlenmonoxidmoleküls CO an Häm eine rosa Färbung annehmen . Diese Eigenschaft kann von Lebensmittelhändlern genutzt werden, um das Erscheinungsbild von rotem Fleisch zu verbessern und es für den potenziellen Käufer attraktiver zu machen, sodass der Verbraucher dieses Fleisch als "frisch" identifiziert. Fleisch, das in einer Kohlenmonoxidatmosphäre verpackt ist, nimmt somit unabhängig von seinem tatsächlichen Frischezustand eine rosa Färbung an. Aufgrund der sehr hohen Affinität von Häm zu Kohlenmonoxid kann dieser Farbton fast ein Jahr lang bestehen bleiben.

Medizinische Implikationen

Myoglobin wird von den Muskeln im Falle einer Rhabdomyolyse freigesetzt, dh einer Muskelschädigung, die mit einer Zerstörung der Myozyten einhergeht . Das so freigesetzte Myoglobin wird von den Nieren gefiltert , ist jedoch für das Epithel der Nephrontubuli toxisch , was zu akutem Nierenversagen führen kann . Myoglobin selbst ist nicht toxisch - es ist ein Protoxin - sondern die Produkte seiner Verschlechterung in einer sauren Umgebung .

Myoglobin ist ein empfindlicher Indikator für Muskelschäden, was es zu einem Indikator für Myokardinfarkt bei Patienten mit Brustschmerzen machen kann. Seine Blutkonzentration steigt ein bis drei Stunden nach einem Myokardinfarkt an und normalisiert sich innerhalb von 24 Stunden. Seine Verwendung wird jedoch durch die spezifischere Dosierung von Troponin ersetzt .

Entdeckung der Struktur

In 1957 , John Kendrew und seine Kollegen erfolgreich die bestimmt dreidimensionale Struktur von Myoglobin durch Röntgenkristallographie . Für diese Entdeckung teilte er 1962 mit Max Perutz den Nobelpreis für Chemie .

Anmerkungen und Referenzen

  1. Die hier angegebenen Werte für die Masse und die Anzahl der Reste sind diejenigen des Proteinvorläufers, die aus der Translation des Gens vor posttranslationalen Modifikationen resultieren , und können sich erheblich von den entsprechenden Werten für die funktionelles Protein .
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