Миоглобин

Общая характеристика и строение

Миоглобин классифицируется как сложный белок (хромопротеин), состоящий из двух ключевых компонентов: белковой части, которая называется апомиоглобином (апоМв), и небелковой специфической группы — гема.

Фундаментальная особенность миоглобина — его мономерное строение. Белок представлен всего одной полипептидной цепью. Именно первичная структура апомиоглобина играет решающую роль: она жестко определяет формирование компактной глобулярной конформации в пространстве (третичную структуру) и правильную организацию активного центра. Если рассматривать вторичную структуру молекулы, то она отличается высокой упорядоченностью и включает в себя восемь $\alpha$-спиралей. Для удобства в биохимии эти спирали принято обозначать заглавными латинскими буквами от A до H.

Архитектура активного центра

Сердцем молекулы миоглобина является его активный центр. Эта зона сформирована преимущественно гидрофобными радикалами аминокислот. Интересный факт: аминокислоты, образующие активный центр, могут находиться на значительном удалении друг от друга в линейной первичной структуре молекулы. В качестве классического примера можно привести остатки триптофана-39 (Trp_{39}) и фенилаланина-138 (Phe_{138}). Пространственно они сближаются только в процессе фолдинга, когда белок сворачивается в свою финальную глобулярную форму.

К активному центру присоединяются лиганды, которые плохо растворимы в воде — это гем и молекула кислорода ($O_2$). Помимо множества гидрофобных радикалов, в активном центре присутствуют две критически важные аминокислоты с гидрофильными свойствами:

• Дистальный гистидин (Гис $E_7$ или Гис$_{64}$);
• Проксимальный гистидин (Гис $F_8$ или Гис$_{93}$) — он напрямую связан с атомом железа гема.

Строение гема и механизм связывания кислорода

Гем выступает в роли специфического лиганда для апомиоглобина. Его структурную основу составляют 4 пиррольных кольца, которые надежно соединены между собой метенильными мостиками. В самом центре этой сложной кольцевой системы расположен ион двухвалентного железа ($Fe^{+2}$). Железо прочно удерживается в центре молекулы благодаря четырем координационным связям с атомами азота, принадлежащими пиррольным кольцам.

Механизм работы белка выглядит следующим образом: кислород из кровеносного русла поступает в мышечную ткань и связывается с атомом $Fe^{+2}$ гема. Благодаря мономерной структуре и специфическому устройству активного центра, миоглобин обладает очень высоким сродством к кислороду. Это означает, что он легко захватывает и крепко удерживает молекулу $O_2$. Отдача накопленного кислорода тканям происходит только в специфических условиях — при интенсивной мышечной работе, когда парциальное давление кислорода в клетках испытывает резкое снижение.

Отличия миоглобина от гемоглобина A

Гемоглобин А (Hb A) — это родственный миоглобину белок. Строение отдельных протомеров гемоглобина поразительно аналогично устройству молекулы миоглобина.

Если провести детальное сравнение, можно выделить следующие закономерности:

1. Первичная структура: Наблюдается крайне низкое сходство. У этих белков идентичны всего 24 аминокислотных остатка.
2. Вторичная и третичная структуры: Несмотря на радикальные отличия в последовательности аминокислот, пространственная организация демонстрирует очень высокое сходство. Оба белка имеют по 8 $\alpha$-спиралей и сворачиваются в вид компактной глобулы.
3. Четвертичная структура: Здесь кроется главное отличие. Миоглобин функционирует исключительно как мономер. Гемоглобин же является сложным олигомером (а именно тетрамером), который состоит из четырех полипептидных цепей. Эти цепи внутри молекулы гемоглобина соединены между собой нековалентными связями.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Пространственное расположение 8 альфа-спиралей (от A до H) в глобуле
• Роль триптофана-39 и фенилаланина-138 в формировании гидрофобного ядра
• Взаимодействие проксимального и дистального гистидинов с гемом
• Формирование координационных связей железа (Fe+2) с пиррольными кольцами

Другие темы раздела «Строение, свойства и функции белков»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.