Гемопротеины. Миоглобин, его биологические функции и структурная организация. Кинетика оксигенирования

Рис. 6. Кривая насыщения  миоглобина кислородом.

Ро₂ в ткани, окружающей легочные капилляры, составляет 100 мм рт. ст., поэтому миоглобин в лёгких мог бы весьма эффективно насыщаться кислородом. В венозной крови Ро₂ равно 40 мм рт. ст., а в активно работающей мышце – около 20 мм рт. ст. Но даже при парциальном давлении 20 мм рт. ст. степень насыщения миоглобина кислородом будет весьма значительной, и поэтому миоглобин не может служить средством его доставки от лёгких к периферическим тканям. Однако при кислородном голодании, которым сопровождается тяжёлая физическая работа, Ро₂ в мышечной ткани может понизиться и до 5 мм рт. ст.; при столь низком давлении миоглобин легко отдаёт связанный кислород, обеспечивая тем самым окислительный синтез АТР в митохондриях мышечных клеток[1,9].

Анализ крови  на миоглобин

Основные функции миоглобина связаны с транспортировкой кислорода  в мышце сердца и в скелетных  мышцах, поэтому свидетельством того, что их работа нарушена, является повышенный уровень миоглобина в крови. В  связи с этим при подозрении на инфаркт миокарда у пациента проверяют  миоглобин крови: анализ помогает не только поставить верный диагноз, но и выявить уровень поражения  сердечной мышцы[10].

Повышенный миоглобин  крови, как правило, является свидетельством:

-инфаркта миокарда;

-почечной недостаточности;

-судорог;

-травм;

-ожогов.

Также повышение показателя миоглобина наблюдается при мышечном перенапряжении при электроимпульсной  терапии, а также при занятиях спортом.

Норма миоглобина выглядит следующим образом:

у мужчин — 19—92 мкг/л;

у женщин — 12—76 мкг/л[11].

Из организма этот белок  выводится с мочой, поэтому уровень  миоглобина в организме тесно  связан с деятельностью почек.

Пониженный уровень миоглобина также может свидетельствовать  о наличии проблем в организме. Как правило, это является следствием таких процессов, как аутоиммунные состояния, ревматоидный артрит, полимиозит, миастения и т. д[11-14].

Миоглобин и митохондрии.

Важнейшим условием функционирования организма является бесперебойное  снабжение тканей кислородом, доступ которого к метаболическим процессам  в клетках опосредован дыхательными белками – Hb крови и мышечным Mb. Скорость оксигенации Mb в зависимости от концентрации О₂ в растворе описывается гиперболической кривой (в отличие от сигмоидной зависимости для Hb) и в 6 раз превышает скорость оксигенации Hb, что и определяет физиологическую роль Mb. При парциональном давлении О₂ Pо₂ в венозной крови, равном 40 мм Hg, степень оксигенации Hb составляет всего 60%, тогда как Mb оксигенирован на 95%.

Высокое сродство Mb к кислороду и высокая концентрация его в мышках животных, особенно ныряющих на продолжительное время в поисках пищи, послужили основой для предположения о том, что миоглобин функционирует в качестве «депо кислорода». «Депо» функционирует в соответствии в соответствии с кривой оксигенации белка в растворе, т.е. кислород отщепляет от MbO₂, когда Pо₂ вклетке падает ниже некоторого критического уровня. Ещё Хилл, и Милликан в 40-х годах прошлого века рассчитали, что Mb сердечной мышцы может удерживать количество O₂, достаточное для полного цикла сокращений. Аналогично в скелетных мышцах может резервироваться количество O₂, достаточное для восьмисекундного сокращения при максимальном его потреблении[15].

В системах переноса и потребления  O₂ очень важны диффузионные процессы, поэтому большое влияние уделялось экпериментальному и теоретическому изучению феномена так называемой облегчённой диффузии O₂ с помощью дыхательных белков, HbO₂ или MbO₂. Так, скорость переноса меченого  ¹⁸О₂ через пористые мембраны, заполненные раствором MbO₂, ускоряется в 15 раз по сравнению с раствором, содержащим мет-Mb. Однако роль облегчённой миоглобином диффузии О₂ in vivo не ясна, поскольку очевидно, что белок не может эффективно конкурировать с диффузией свободного кислорода. Тем не менее авторы считают, что именно внутриклеточный перенос О₂ из сарколеммы к митохондриям, а не депонирование, - основная функция миоглобина в мышцах. Ключевыми моментами для теории этого феномена являются достаточно высокие коэффициенты латеральной диффузии Mb и концентрация его в клетке [15-16].

Следует отметить, что функционирование Mb в соответствии с механизмами «депо кислорода» и «облегчённой диффузии» эффективно лишь при малых значениях Pо₂ в клетке (2,5-5 мм Нg) и высоких градиентах концентрации MbO₂, зависящих от степени насыщения белка кислородом SMbO₂. Современные экпериментальные методы позволяют достаточно точно определять эти параметры. Показано, что значения Pо₂ в работающей сердечной мышце составляют по разным оценкам 11,4-25 мм Hg (а не 0,5 – 3.5 мм Hg, как считали ранее). При этом в работающем  с большой нагрузкой сердце SMbO₂ не опускается ниже 85%, составляя до 92% общего пула белка ( а не 10-30%, как находили ранее), т.е. внутри клетки не фиксируются ни экстремально малые значения Pо₂, ни высокие градиенты концентрации MbO₂ . Значения D_Mb в интактных скелетных мышцах также оказались в 5-10 раз ниже значений, использованных ранее в расчётах вклада «облегчённой диффузии» в снабжение клетки кислородом, что при Pо₂ ˃ 13 мм Hg этот вклад оказывается пренебрежимо малым, а при меньших значениях Pо₂ составляет всего 1,5-4%. Расчёты с использованием найденного недавно для сердца мыши значения D_Mb, которое примерно в 3 раза выше значения D_Mb для скелетных мышц, тем не менее показывают, что даже при Pо₂=1,8 мм Hg и 0,2 мМ концентрации MbO₂ вклады свободного кислорода и О₂, связанного с миоглобином, одинаковы.

Таким образом, эффективное  функционирование Mb по механизмам «депо кислорода» и «облегчённой диффузии» весьма проблематично. Оба механизма не предполагают  какого-либо взаимодействия белка с клеточными структурами или метаболитами (формулируются в рамках гомогенной термодинамики и кинетики), так что сродство миоглобина к О₂ во всех модельных расчётах принимается постоянным. Понимание же истинного механизма функционирования Mb в клетке и его роли в доставке О₂ к МХ не только важно для решения фундаментальной проблемы молекулярной биологии и биохимии, но весьма актуально и в прикладном аспекте[15,16].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. Марри Р. Биохимия человека: в 2-х томах: учебник / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл; ред. Л. М. Гинодман, В. Н. Кандор. – М.: Мир, 1993. – 414 с.

2. http://www.biochemistry.ru

3. http://edu.sernam.ru

4. Берёзов Т. Т. Биологическая химия: учебник / Т. Т. Берёзов, Б. Ф. Коровкин; под ред. акад. АМН СССР Дебова С. С. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина, 1990. – 528 с., ил.

5. Ленинджер А. Основы  биохимии. – М.: Мир, 1985. – 367 с.

6. Овчинников Ю. А. Биоорганическая  химия. – М.: Просвещение, 1987. –  815 с., ил.

7. Филиппович Ю. Б. Основы  биохимии: Учеб. для хим. и биол. спец. пед. ун-тов и ин-тов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: изд-во «Агар», 1999. – 512 с., с ил.

8. Стайер Л. Биохимия / Пер. с англ. Т. 1 – М.: Мир, 1984 –  232 с., ил.

9. Биохимия: учебное пособие  / Ю. А. Митякина. – М.: РИОР, 2011. – 113 с.

10. Биохимия: учебное пособие  для студентов и магистрантов  высших учебных заведений по  биологическим и медицинским  специальностям / Чиркин А. А., Данченко  Е. О. – М.: Медицинская литература, 2010. - XVI, 605, [2] с.

11. Маршалл В. Дж. Клиническая биохимия. – М.: Бином, 1999. – 368 с.

12. Основы биохимии: Учебное  пособие / Т. Л. Ауэрман, Т.  Г. Генералова, Г. М. Суслянок. –  Инфра-М, 2013. – 400 с.

13. Комов В. П. Биохимия / Комов В. П., Шведова В. Н.  – М.: Дрофа, 2008. – 638 с.

14. Северина Е. С. Биохимия  для медицинских вузов. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. – 776 с.

15. Постникова Г. Б., Целикова  С. В., Шеховцова Е. А. Миоглобин  и митохондрии: оксимиоглобин  в процессе дезоксигенации взаимодействует  с митохондриальной мембраной  // Биохимия. – 2009. № 11. – С. 1488-1497.

16. Постникова Г. Б., Целикова  С. В. Миоглобин и митохондрии:  изучение кинетики отщепления  кислорода от оксимиоглобина  в суспензии митохондрий // Биохимия. – 2005. № 2. – С. 297-306.