De myoglobine is een globulair eiwit dat intracellulair wordt aangetroffen in het cytosol van skelet- en hartspiercellen. De belangrijkste functie is het vormen van een zuurstofreserve en het bevorderen van het intracellulaire transport van zuurstof.
John Kendrew en Max Perutz ontvingen in 1962 de Nobelprijs voor de Scheikunde voor hun onderzoek naar globulaire eiwitten. Deze auteurs verklaarden de driedimensionale structuur van respectievelijk myoglobine en hemoglobine. Historisch gezien was myoglobine een van de eerste eiwitten waaruit de driedimensionale structuur werd bepaald.
Grafische weergave van de moleculaire structuur van drie zuurstofrijke eiwitten: leghemoglobine, hemoglobine en myoglobine (Bron: Veronica Stafford / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)
Bolvormige eiwitten zijn compacte moleculen met een bolvorm; ze zijn oplosbaar in het cytosol of in het lipidengedeelte van celmembranen. Ze zijn verantwoordelijk voor de belangrijkste biologische acties, in tegenstelling tot vezelige eiwitten, waarvan de belangrijkste functies structureel zijn.
Myoglobine geeft vers vlees zijn rode kleur. Dit gebeurt wanneer myoglobine wordt geoxygeneerd als oxymyoglobine en het ijzer waaruit het bestaat, de vorm heeft van ferro-ijzer: Mb-Fe2 + O2.
Wanneer het vlees wordt blootgesteld aan de omgeving, oxideert het onstabiele ferro-ijzer en wordt het ferri en onder deze omstandigheden verandert de kleur naar bruintinten door de vorming van methamyoglobine (Mb-Fe3 + + O2-).
Normaal gesproken zijn de myoglobinespiegels in het bloed erg laag, in de orde van grootte van microgram per liter (μg / L). Deze niveaus nemen toe wanneer spiervernietiging optreedt, zoals bij rhabdomyolyse van de skeletspieren of bij een hartinfarct met weefselvernietiging en bij sommige myopathieën.
Zijn aanwezigheid in de urine wordt waargenomen in bepaalde omstandigheden waarin weefselschade erg belangrijk is. De vroege diagnostische waarde voor een hartaanval is discutabel.
Structuur van myoglobine
Myoglobine heeft een molecuulgewicht van bijna 18 kDa inclusief de heemgroep. Het bestaat uit vier spiraalvormige segmenten die zijn verbonden door "scherpe bochten". Deze myoglobine-helices zijn dicht opeengepakt en behouden hun structurele integriteit, zelfs wanneer de heemgroep wordt verwijderd.
De structuur van globulaire eiwitten, evenals van alle cellulaire eiwitten, is hiërarchisch, dus de structuur van myoglobine is ook hiërarchisch. Het eerste niveau is de primaire structuur die wordt gevormd door de lineaire opeenvolging van aminozuren en myoglobine wordt gevormd door een keten van 153 aminozuren.
Grafisch schema van de spiraalvormige en bolvormige structuur van myoglobine (Bron: Dcrjsr / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) via Wikimedia Commons)
De secundaire structuur van myoglobine bestaat uit de conformatie van de alfa-helices. Myoglobine bevat 8 alfa-helices gevormd door herhalende polypeptidegedeelten die zijn verbonden door korte segmenten van aperiodische rangschikking.
De tertiaire structuur bestaat uit de driedimensionale conformatie met biologische activiteit. De belangrijkste kenmerken van deze structuur zijn de plooien. Quaternaire structuur verwijst naar de assemblage van twee of meer polypeptideketens die gescheiden en verbonden zijn via niet-covalente bindingen of interacties.
Myoglobine en zijn heemprothetische groep (Bron: Thomas Splettstoesser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
Myoglobine heeft een zeer compacte structuur, met hydrofobe residuen naar binnen gericht en hydrofiele of polaire residuen naar buiten gericht. De interne apolaire residuen bestaan uit leucine, valine, methionine en fenylalanine. De enige interne polaire residuen zijn twee histidines die functies hebben op de actieve site.
De prothetische heemgroep bevindt zich in een spleet in het apolaire binnenste deel van de polypeptideketen van myoglobine. Deze groep bevat ijzer in de vorm van ferro-ijzer, dat zich bindt met zuurstof om oxymyoglobine te vormen.
Functie
De functie van myoglobine is om zuurstof te binden aan de heemgroep van zijn structuur en om een zuurstofreserve te vormen voor spierfunctie. Omdat zuurstof vastzit in de myoglobinestructuur in het cytoplasma van de spiercel, blijft de intracellulaire druk, bepaald door vrije zuurstof, laag.
Lage intracellulaire zuurstofdruk handhaaft de gradiënt voor zuurstofinvoer in de cel. Dit bevordert de doorgang van zuurstof uit de bloedbaan naar de spiercel. Wanneer myoglobine verzadigd is, neemt de intracellulaire zuurstof toe, waardoor de gradiënt geleidelijk afneemt en dus de overdracht afneemt.
De bindingscurve van zuurstof aan myoglobine is hyperbolisch. In de eerste delen van de curve veroorzaken kleine veranderingen in de partiële zuurstofdruk grote veranderingen in de verzadiging van myoglobine met zuurstof.
Vervolgens, naarmate de partiële zuurstofdruk toeneemt, blijft de verzadiging toenemen, maar langzamer, dat wil zeggen dat er een veel grotere toename van de partiële zuurstofdruk nodig is om de myoglobineverzadiging te verhogen, en geleidelijk de curve vlakt af.
Er is een variabele die de affiniteit van de curve meet, genaamd P50, dit vertegenwoordigt de partiële zuurstofdruk die nodig is om de myoglobine in een oplossing met 50% te verzadigen. Dus als de P50 toeneemt, wordt er gezegd dat myoglobine een lagere affiniteit heeft en als de P50 afneemt, wordt er gezegd dat myoglobine een hogere affiniteit heeft voor zuurstof.
Wanneer de zuurstofbindende curven voor myoglobine en hemoglobine worden onderzocht, wordt opgemerkt dat voor elke partiële zuurstofdruk die wordt onderzocht, myoglobine meer verzadigd is dan hemoglobine, wat aangeeft dat myoglobine een hogere affiniteit voor zuurstof heeft dan hemoglobine.
Soorten spiervezels en myoglobine
Skeletspieren hebben verschillende soorten spiervezels in hun samenstelling, sommige worden langzame spiertrekkingen genoemd en andere snelle spiertrekkingen. Fast Twitch-vezels zijn structureel en metabolisch aangepast om snel en krachtig en anaëroob samen te trekken.
Slow-twitch-vezels zijn aangepast voor langzame, maar langere contracties die kenmerkend zijn voor aerobe weerstandsoefeningen. Een van de structurele verschillen van deze vezels is de concentratie van myoglobine, waardoor ze de naam witte en rode vezels krijgen.
Rode vezels hebben een hoog gehalte aan myoglobine, waardoor ze de rode kleur krijgen, maar waardoor ze ook grote hoeveelheden zuurstof kunnen vasthouden, wat essentieel is voor hun functie.
Normale waarden
Normale bloedwaarden voor mannen zijn 19 tot 92 µg / l en voor vrouwen 12 tot 76 µg / l, maar er zijn verschillen in de waarden in verschillende laboratoria.
Deze waarden nemen toe wanneer spiervernietiging optreedt, zoals optreedt bij rhabdomyolyse van skeletspieren, bij uitgebreide brandwonden, elektrische schokken of bij uitgebreide spiernecrose als gevolg van arteriële occlusie, bij myocardinfarct en bij sommige myopathieën.
Onder deze omstandigheden verschijnt myoglobine in de urine en geeft het een karakteristieke kleur.
Referenties
- Fauci, AS, Kasper, DL, Hauser, SL, Jameson, JL, en Loscalzo, J. (2012). Harrisons principes van interne geneeskunde. DL Longo (Ed.). New York: Mcgraw-hill
- Ganong WF: Central Regulation of Visceral Function, in Review of Medical Physiology, 25e druk. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
- Guyton AC, Hall JE: de lichaamsvloeistofcompartimenten: extracellulaire en intracellulaire vloeistoffen; Oedeem, in Textbook of Medical Physiology, 13e druk, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
- McCance, KL en Huether, SE (2018). Pathofysiologie-Ebook: de biologische basis voor ziekte bij volwassenen en kinderen. Elsevier Gezondheidswetenschappen.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA en Rodwell, VW (2014). Harper's geïllustreerde biochemie. Mcgraw-heuvel.