Mioglobin
| edit |
| Mioglobin | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Model heliksnih domena mioglobina.[1] | |||||||||
| Dostupne strukture | |||||||||
| 1m6c, 1m6m, 1mdn, 1mnh, 1mni, 1mnj, 1mnk, 1mno, 1mwc, 1mwd, 1myg, 1myh, 1myi, 1myj, 1pmb, 1yca, 1ycb, 2mm1 | |||||||||
| Identifikatori | |||||||||
| Simboli | MB; MGC13548; PVALB | ||||||||
| Vanjski ID | OMIM: 160000 MGI: 96922 HomoloGene: 3916 GeneCards: MB Gene | ||||||||
| |||||||||
| Pregled RNK izražavanja | |||||||||
 | |||||||||
| podaci | |||||||||
| Ortolozi | |||||||||
| Vrsta | Čovek | Miš | |||||||
| Entrez | 4151 | 17189 | |||||||
| Ensembl | ENSG00000198125 | ENSMUSG00000018893 | |||||||
| UniProt | P02144 | Q3UVB1 | |||||||
| Ref. Sekv. (iRNK) | NM_005368 | NM_013593 | |||||||
| Ref. Sekv. (protein) | NP_005359 | NP_038621 | |||||||
| Lokacija (UCSC) | Chr 22: 34.33 - 34.35 Mb | Chr 15: 76.84 - 76.88 Mb | |||||||
| PubMed pretraga | [1] | [2] | |||||||
Mioglobin je citoplazmatični globularni hemoprotein koji se sastoji od jednog polipeptidnog lanca koji sadrži 154 aminokiselina. To je relativno mali protein, Mr=17.600. Prisutan je u mišićnim ćelijama srca i oksidativnim vlaknima skeletnih mišića. Ime je dobio po mestu nalaženja (grč. myo- što označava povezanost sa mišićima) i obliku (globularni protein). Karakteriše ga funkcionalna sličnost sa hemoglobinom. Kao i hemoglobin, i mioglobin vezuje kiseonik (O2) u oba smera i na taj način olakšava transport O2 od crvenih krvnih zrnaca do mitohondrija mišića za vreme pojačane metaboličke aktivnosti, ili može poslužiti kao rezervoar O2 za vreme hipoksije ili anoksije. Za razliku od hemoglobina, monomer mioglobina sa jednim O2 vezujućim mestom, ima hiperboličnu O2-saturacionu krivu karakterističnu za normalnu Mihaelis-Menten enzimsku kinetiku, pravilniju nego sigmoidnu krivu koja je viđena kod tetrameričnog hemoglobina [2].
Polipeptidni lanac mioglobina je savijen u obliku kolevke, tako da ljulja prostetičnu grupu hem. Vezivanje kiseonika zavisi od oksidacionog stanja gvožđa u hemu. Ono je +2 u hemu i to je oblik koji vezuje kiseonik. Ako Fe pređe iz +2 u +3 oksidaciono stanje nastaće metamioglobin koji ne vezuje kiseonik. Slobodan hem u rastvoru će odmah reagovati sa kiseonikom, ali će kiseonik brzo oksidovati atom gvožđa u Fe3+. Mioglobin obavlja tri kritične funkcije: vezuje hem, štiti gvožđe u hemu od oksidacije i obezbeđuje cep u koji kiseonik može da stane.[3]
Fe joni, bilo fero- ili feri-, najčešće interaguju sa šest liganada, od kojih četiri leže u istoj ravni. Peti i šesti ligandi se nalaze iznad i ispod ravni. Fe-jon interaguje sa 6 liganda, od kojih 4 potiču od N-atoma koji ulaze u sastav 4 pirola. Imidazolna strana lanca His93 obezbeđuje peti ligand, stabilišući hem grupu i premeštajući Fe-jon. Pozicija šestog liganda služi za vezivanje O2. Kod deoksimioglobina pozicija šestog liganda je upražnjena, a u metamioglobinu voda je šesti ligand[3].
Vezivanje kiseonika menja konformaciju mioglobina. Rendgenska kristalografija je otkrila da se glavna promena dešava na poziciji atoma gvožđa koji je u ravni hema. U deoksimioglobinu Fe2+ jon ima pet liganada i on leži 0,055 nm iznad ravni hema u pravcu His78. Kada se veže kiseonik, atom gvožđa biva povučen nazad ka ravni porfirina i sada je od te ravni udaljen 0,026 nm. Iako ovo premeštanje ima male posledice na funkciju mioglobina, ono obezbeđuje osnovu za konformacione promene[3].
Mioglobin je najpoznatiji kao protein koji služi za čuvanje kiseonika u mišićima. Ova uloga je posebno očigledna kod morskih sisara i ptica koje izdržavaju dug period kratkog disanja za vreme ronjenja. Pri nedostatku kiseonika, za disanje koriste kiseonik vezan za mioglobin[2].
Mioglobin smanjuje unutarćelijski pritisak kiseonika. Slično ulozi kreatinske fosfokinaze, čija je funkcija da smanjuje koncentraciju ATP kada se aktivnost mišića poveća, mioglobin smanjuje koncentraciju kiseonika pod sličnim uslovima. Kao rezultat, unutarćelijska koncentracija ostaje konstantna i homogena[2].
Saturacija mioglobina opada veoma brzo na početku aktivnosti mišića. Kako se aktivnost povećava, saturacija mioglobina se ne menja, ukazujući na to da je koncentracija O2 relativno konstantna. Mol je, naprotiv, pokazao da stepen desaturacije raste linearno, kao funkcija rada mišića.[2]
Treća značajna uloga mioglobina je olakšana difuzija. On se brzo desaturiše na početku aktivnosti mišića, povećavajući gradijent pritiska kiseonika od kapilara do citoplazme. Dalje, pretpostavka je da se približava ćelijskoj membrani, vezuje O2 i difunduje do mitohondrija.[2]
NMR eksperimenti pokazuju da saturacija mioglobina (približno 76%) u izolovanom srcu ostaje nepromenjena, uprkos osmostrukom povećanju rada srca. Neinvazivna NMR proučavanja aktivnog mišića na nozi čoveka pokazuju 50% deoksigenaciju mioglobina, pri čemu je parcijalni sarkoplazmatični pritisak približno 0,32 kPa. S druge strane, zaključak novijih NMR studija srca je da mioglobin u tom mišiću može biti samo 10% deoksigenisan pod normalnim uslovima.
Različitim metodama je utvrđeno da mioglobin može difundovati u vodenoj fazi koja je homogena u širokoj oblasti u citoplazmi. Pri tome ne možemo razlikovati da li se smetnje pri difuziji javljaju usled trenja između molekula, ili usled začepljenja molekulima ili drugim strukturama u citoplazmi, što ima za posledicu vijugav tok difuzije.[4]
Krog, a kasnije i Hil su smatrali da kiseonik protiče od kapilara naniže, sa konstantnim gradijentom pritiska ka ravni ili cilindru, na pola puta između dve kapilare, gde je pritisak kiseonika minimalan. Ovaj model cilindra nije u saglasnosti sa današnjim konceptom gradijenta O2 u mišićima. Po današnjem shvatanju, gradijent pritiska kiseonika oko kapilara nije konstantan. Visok pritisak pada preko zida kapilara i praćen je malim gradijentom kroz sarkoplazmu.[4]
Difuzioni tok oksihemoglobina je uvek nepravilan, pa, takođe, moramo napustiti ideju o prostom, neometanom, linearnom toku, koji je sadržan u Krogovom cilindričnom modelu.[4]
Konstanta brzine disocijacije kiseonika, zajedno sa difuzionim koeficijentom, određuje koliko daleko će nasumično putovati molekuli mioglobina za vreme prisustva kiseonika. Neverovatna osobina ovakvog kretanja je da: „čestica koja difunduje i koja se nalazi u datom delu prostora je određena, luta oko tog dela izvesno vreme istražujući ga temeljno pre nego što ode zauvek.“ Ukoliko su difundujući molekuli oksimioglobina većim delom reflektovani od poršine mitohondrija, ispitana zapremina će biti oblika između sfere i diska. Molekuli oksimioglobina će biti premešteni dalje u ravni, ograničenoj površinom mitohondrija, za vreme prisustva O2, i olakšana difuzija istog će biti ubrzana.[4]
Citohromska oksidaza je enzim, čija se količina smanjuje sa povećanjem aktivnosti mišića. Potpuno redukovana, vrlo brzo veže O2 i sa njim formira kiseonični intermedijer. Ravnoteža u ovom kompleksu je slaba i povratna na sobnoj temperaturi, ali ireverzibilnost se može postići brzim transferom elektrona do kiseonika, za koji se vezuju. Konstanta ravnoteže nije nepromenljiva, već na nju utiču različiti parametri, i linearno je povezana sa fluksom elektrona kroz sistem. Nadmetanje između NO i O2 u vezivanju za hem reakcioni centar citohrom oksidazu će povećati vrednost Km. Sarkoplazmični pritisak kiseonika može kontrosati brzinu reakcije između citohrom oksidaze i kiseonika.[4]
Delujući kao skladište bioaktivnih molekula NO, oksimioglobin reguliše i iskorišćenje kiseonika. NO se kontinualno stvara u miocitima. Oksimioglobin raguje sa NO i formira neškodljiv produkt. Koncentracija NO je određena ravnotežom između ova dva procesa.[4]
Zaštitni efekat oksimioglobina na aktivnost citohrom oksidaze je pokazan eksperimentalno koristeći izolovane ćelije srca koje su bile pod visokim pritiskom kiseonika, dovoljnim da oksigeniše unutarćelijski mioglobin. U ovakvom stanju raspoloživost O2 ne ograničava brzinu disanja, i olakšana difuzija O2 ne doprinosi dodatnom fluksu O2. Progresivna konverzija unutarćelijskog mioglobina u CO mioglobin (MbCO) smanjuje potrošnju kiseonika za trećinu. Oksimioglobin se smanjuje linarno sa povećanjem molske frakcije MbCO.[4]
Mioglobin stvara pigmente koji su odgovorni za crvenu boju mesa. Tu boju delimično određuje naelektrisanje atoma gvožđa u mioglobinu i kiseonik koji je za njega vezan. U ovakvom stanju naelektrisanje gvožđa je +2 i za njega je vezan kiseonik. Dobro pečeno meso je braon boje zato što atom gvožđa ima naelektrisanje +3, izgubio je jedan elektron i sada je za njega vezan jedan molekul vode. Pod nekim uslovima meso ne menja boju uprkos izlaganju visokoj temperaturi. Ako je izloženo nitritima, ono neće promeniti boju, jer je za atom gvožđa vezan NO.
Novorođeni delfini, pingvini i foke imaju manje mioglobina u pokretačkim mišićima nego odrasli. Kako odrastaju i veliki deo vremena provedu plivajući i roneći, mioglobin u njihovim mišićima se povećava. Iako genetika ima važnu ulogu u sadržaju mioglobina u mišićima, razvoj i uslovi sredine kao što su stres, fizička aktivnost, temperatura, raspoloživost O2 imaju podjednako važnu ulogu u određivanju nivoa ovog proteina.[2]
Mioglobin se otpušta iz oštećenog mišićnog tkiva i filtrira u bubrezima, što može dovesti do prestanka njihovog rada. Mioglobin je osetljivi indikator na povrede mišića. Kod pacijenata koji imaju bolove u grudima može se pretpostaviti srčani napad. Zbog male specifičnosti mioglobina, kao i visokih cena analiza ne upotrebljava se često u medicinskim ispitivanjima.
Brojna skorija istraživanja su pokazala da mioglobin može imati više dodatnih uloga. Jedna od njih je mogućnost vezivanja NO molekula čiji uticaj može biti ili koristan, ili štetan za funkciju ćelija. On ometa citohrom c oksidazu, i tako ometa disanje mitohondrija. Brunori je predložio da mioglobin može služiti da ukloni NO iz srca i skeletnih mišića. Dodatna istraživanja pokazuju da je NO povezan sa promenama u funkciji mišića.[2]
- ↑ PDB 1MBO; Takano T (March 1977). „Structure of myoglobin refined at 2.0 Å resolution. II. Structure of deoxymyoglobin from sperm whale”. J. Mol. Biol. 110 (3): 569–84. DOI:10.1016/S0022-2836(77)80112-5. PMID 845960.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 George A. Ordway and Daniel J. Garry (2004). „Myoglobin: an essential hemoprotein in striated muscle”. Journal of Experimental Biology.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Garret R. H., Grisham C. M. (1999). Biochemistry.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 Jonathan B. Witteberg, Beatrice A. Witteberg (2003). „Myoglobin function reassessed”. Journal of Experimental Biology.
- J. P. Collman, R. Boulatov, C. J. Sunderland and L. Fu (2004). „Functional Analogues of Cytochrome c Oxidase, Myoglobin, and Hemoglobin”. Chem. Rev. 104 (2): 561-588. DOI:10.1021/cr0206059. PMID 14871135.
- Reeder, BJ; Svistunenko DA, Cooper CE, Wilson MT (December 2004). „The radical and redox chemistry of myoglobin and hemoglobin: from in vitro studies to human pathology”. Antioxid Redox Signal 6 (6): 954-66. DOI:10.1089/ars.2004.6.954. PMID 15548893.
- Schlieper, G; Kim JH, Molojavyi A, Jacoby C, Laussmann T, Flogel U, Godecke A, Schrader J (April 2004). „Adaptation of the myoglobin knockout mouse to hypoxic stress”. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 286 (4): R786–92. DOI:10.1152/ajpregu.00043.2003. PMID 14656764.
- Takano, T (1977). „Structure of myoglobin refined at 2-0 A resolution. II. Structure of deoxymyoglobin from sperm whale”. J. Mol. Biol. 110 (3): 569-584. DOI:10.1016/S0022-2836(77)80112-5. PMID 845960.
- Roy, A; Sen S, Chakraborti AS (February 2004). „In vitro nonenzymatic glycation enhances the role of myoglobin as a source of oxidative stress”. Free Radic Res. 38 (2): 139-46. DOI:10.1080/10715160310001638038. PMID 15104207.
- Stewart, JM; Blakely JA, Karpowicz PA, Kalanxhi E, Thatcher BJ, Martin BM (March 2004). „Unusually weak oxygen binding, physical properties, partial sequence, autoxidation rate and a potential phosphorylation site of beluga whale (Delphinapterus leucas) myoglobin”. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol 137 (3): 401-12. DOI:10.1016/j.cbpc.2004.01.007. PMID 15050527.
- Wu, G; Wainwright LM, Poole RK (2003). „Microbial globins”. Adv Microb Physiol 47: 255-310. DOI:10.1016/S0065-2911(03)47005-7. PMID 14560666.
- Garret R. H., Grisham C. M. (1999). Biochemistry.
