Введение

Железо- и кислородсвязывающий белок

Миоглобин (символ Mb или MB) — это железо- и кислородсвязывающий белок, обнаруженный в сердечной и скелетной мышечной ткани позвоночных в целом и почти у всех млекопитающих. Миоглобин имеет отдалённое родство с гемоглобином. По сравнению с гемоглобином, миоглобин обладает более высоким сродством к кислороду и не проявляет кооперативного связывания с кислородом, как гемоглобин. Миоглобин состоит из неполярных аминокислот в ядре глобулина, где гемовая группа связана с окружающим полипептидом миоглобина нековалентно. У человека миоглобин обнаруживается в кровотоке только после повреждения мышц. Высокая концентрация миоглобина в мышечных клетках позволяет организмам дольше задерживать дыхание. У морских млекопитающих, таких как киты и тюлени, мышцы содержат особенно большое количество миоглобина. Миоглобин стал первым белком, трёхмерная структура которого была установлена методом рентгеновской кристаллографии. Это достижение было опубликовано в 1958 году Джоном Кендрю и его коллегами. За это открытие Кендрю разделил Нобелевскую премию по химии в 1962 году с Максом Перуцем. Несмотря на то, что это один из наиболее изученных белков в биологии, его физиологическая функция до сих пор окончательно не установлена: генетически модифицированные мыши, лишённые миоглобина, могут быть жизнеспособными и фертильными, но демонстрируют множество клеточных и физиологических адаптаций, компенсирующих его отсутствие. Наблюдения за этими изменениями у мышей с дефицитом миоглобина позволяют предположить, что функция миоглобина связана с усилением транспорта кислорода к мышцам и его запасанием; кроме того, он выполняет роль поглотителя активных форм кислорода. У человека миоглобин кодируется геном MB. Миоглобин может существовать в формах оксимиоглобина (MbO2), карбоксимиоглобина (MbCO) и метмиоглобина (met Mb), аналогично тому, как гемоглобин принимает формы оксигемоглобина (HbO2), карбоксигемоглобина (HbCO) и метгемоглобина (met Hb).

Отличия от гемоглобина

Как и гемоглобин, миоглобин — это цитоплазматический белок, связывающий кислород с гемовой группой. Он содержит только одну глобиновую группу, в то время как гемоглобин состоит из четырех. Хотя его гемовая группа идентична гемовым группам гемоглобина, миоглобин имеет более высокую аффинность к кислороду, чем гемоглобин, но меньшую общую способность к запасанию кислорода. Новейшие исследования показывают, что миоглобин облегчает диффузию кислорода по градиенту, улучшая транспорт кислорода в митохондриях.

Роль в кухне

Миоглобин содержит гемы – пигменты, ответственные за цвет красного мяса. Цвет мяса частично определяется степенью окисления миоглобина. В свежем мясе атом железа находится в двухвалентном (+2) состоянии, связанный с молекулой кислорода (O2). Хорошо прожаренное мясо приобретает коричневый цвет, поскольку атом железа переходит в трехвалентное (+3) состояние, отдавая электрон. Если мясо подвергалось воздействию нитритов, оно останется розовым, так как атом железа связывается с оксидом азота (NO), например, в говядине или вяленой ветчине. Мясо, приготовленное на гриле, также может приобрести красно-розовое «дымное кольцо», образующееся при связывании гемового центра с монооксидом углерода. Сырое мясо, упакованное в атмосферу монооксида углерода, демонстрирует такое же розовое «дымное кольцо» по тем же причинам. Важно отметить, что поверхность этого сырого мяса также имеет розовый цвет, который потребители обычно ассоциируют со свежестью. Этот искусственно вызванный розовый цвет может сохраняться до одного года. По сообщениям, компании Hormel и Cargill (мясоперерабатывающие компании США) используют этот метод упаковки, и мясо, обработанное таким образом, поступает в продажу с 2003 года. В качестве альтернативы мясу используются различные способы воссоздания «мясного» вкуса, связанного с миоглобином. Impossible Foods использует легемоглобин – гемсодержащий глобин из клубеньков корней сои, производимый в виде рекомбинантного белка в дрожжах *Komagataella* (*Pichia pastoris*). Motif FoodWorks производит рекомбинантный бычий миоглобин с использованием дрожжей *Komagataella*, признанный FDA как GRAS. Moolec Science разработала соевые бобы, производящие процин-миоглобин в семенах под названием «Piggy Sooy», одобренные Министерством сельского хозяйства США в апреле 2024 года.

Роль в болезни

Миоглобин высвобождается из поврежденной мышечной ткани, содержащей очень высокие концентрации миоглобина. Высвободившийся миоглобин поступает в кровоток, где высокие уровни приводят к рабдомиолизу. Миоглобин фильтруется почками, но токсичен для эпителия почечных канальцев и может вызывать острое повреждение почек. Токсичным является не сам миоглобин (он является протоксином), а фрагмент ферригемата, который диссоциирует от миоглобина в кислой среде (например, в кислой моче или лизосомах). Миоглобин является чувствительным маркером повреждения мышц, что делает его потенциальным маркером инфаркта миокарда у пациентов с болью в груди. Однако повышенный уровень миоглобина обладает низкой специфичностью для острого инфаркта миокарда (АИМ), поэтому для постановки диагноза необходимо учитывать уровни КФК-МВ, сердечного тропонина, данные ЭКГ и клинические проявления.

Синтетические аналоги

Многие модели миоглобина были синтезированы в связи с широким интересом к комплексам переходных металлов с диоксигеном. Хорошо известным примером является "порфирин-забор", состоящий из комплекса железа(II) стерически затрудненного производного тетрафенилпорфирина. В присутствии лиганда имидазола этот комплекс железа(II) обратимо связывает O2. Субстрат O2 принимает изогнутую геометрию, занимая шестую координационную позицию железа. Ключевым свойством этой модели является медленное образование μ-оксодимера, который представляет собой неактивное диферрильное состояние. В природе такие пути деактивации подавляются белковым окружением, предотвращающим сближение порфириновых комплексов железа.