结构生物化学/肌红蛋白
肌红蛋白是一种相对较小的蛋白质，分子量为 17.8kDa，由单个多肽链中的 153 个氨基酸组成。它是第一个通过 X 射线晶体学确定其三维结构的蛋白质，由 John Kendrew 于 1957 年完成。肌红蛋白是一种典型的球状蛋白，因为它是一种高度折叠的紧凑结构，大多数疏水性氨基酸残基埋藏在内部，而许多极性残基位于表面。X 射线晶体学表明，肌红蛋白的单个多肽链完全由 α 螺旋二级结构组成。事实上，肌红蛋白中存在八个 α 螺旋二级结构。在多肽链折叠形成的疏水性腔内是血红素辅基。这个非多肽单元与肌红蛋白非共价结合，对于蛋白质的生物活性至关重要。肌红蛋白是一种在肌肉细胞中发现的小型氧结合蛋白。它的主要功能是在肌肉组织中储存氧气和促进氧气扩散。肌红蛋白是一个单链球状 蛋白，由 153 个 氨基酸 和一个血红素基团（含铁卟啉）组成。肌红蛋白的球状结构主要由各种转折连接在一起的 α 螺旋组成。肌红蛋白以两种形式存在：一种称为脱氧肌红蛋白的无氧形式，另一种称为氧合肌红蛋白的有氧形式。肌红蛋白是否与氧气结合取决于辅基血红素的存在。当肌红蛋白能够与氧气结合时，它充当肌肉组织中主要的氧气携带分子。通常，肌红蛋白中的铁基团的氧化态为 +2。但是，当氧气与铁结合时，它被氧化成 +3 的氧化态。这使得与氧气结合的氧气带负电荷，从而使其稳定。肌红蛋白对氧气的亲和力高于 血红蛋白。与存在于红细胞中的血红蛋白不同，肌红蛋白存在于肌肉组织中。
肌红蛋白对氧气的高亲和力归因于几个因素。首先，它有一个近端组氨酸基团，有助于它结合氧气。一旦氧气成功结合，肌红蛋白的结构就会发挥作用。它通过改变血红素基团的内在反应性来阻止活性氧物种逃逸。具体而言，与血红素基团中的双氧配位的亚铁离子可以氧化为与超氧化物配位的铁离子。因此，通过在其结构的帮助下控制氧气的反应性，肌红蛋白可以结合并保留氧原子。
虽然肌红蛋白对氧气的亲和力远高于其结构类似物 血红蛋白，但它对细胞来说是一种效率较低的氧气载体。由于它对氧气的亲和力很高，肌红蛋白难以在正确的位置“释放”氧气。细胞需要氧气被输送到相应的细胞器，就像人体需要氧气被输送到正确的器官系统一样。这意味着“携带”氧气的物质必须能够在到达其指定目的地后释放氧气。肌红蛋白对氧气的高亲和力意味着一旦与氧气结合，它不太可能释放氧气；反过来，这意味着肌红蛋白将输送到需要氧气的区域的氧气更少。因此，血红蛋白实际上是细胞中更有效的氧气载体，因为它对氧气的亲和力更低。较低的亲和力意味着 血红蛋白将更容易在身体的正确部位释放氧气。出于这个原因，细胞更依赖于 血红蛋白 来输送氧气，而不是肌红蛋白；然而，人体中有一些特定的区域，肌红蛋白是更好的氧气载体，例如肌肉细胞。可以从 血红蛋白 部分了解更多关于 血红蛋白 的信息。
肌红蛋白对氧气的高亲和力的另一个后果是更高的亲和力常数 (KA)。由于亲和力常数表示蛋白质活性位点 50% 饱和时的底物浓度，这意味着肌红蛋白活性位点的 50% 将在比 血红蛋白 低得多的浓度下被氧气饱和。可以在相应的章节中了解更多关于亲和力常数的信息。
血红蛋白是肌红蛋白的类似物，由四个多肽链组成，两个相同的 α 链和两个相同的 β 链。每个亚基包含一组与肌红蛋白中的 α 螺旋排列相同的 α 螺旋。这种重复出现的结构被称为珠蛋白折叠。
蛋白质的氧气结合特性可以通过观察其氧气结合曲线来观察。氧气结合曲线是“分数饱和度与氧气浓度之间的关系图”。
肌红蛋白实际上与肌钙蛋白一起用于协助心肌梗塞的诊断过程。心肌梗塞或其他肌肉损伤发生后，肌红蛋白水平在 2-3 小时内开始升高。这些水平在 8-12 小时内达到峰值，但通常在一天内恢复正常。肌红蛋白被用作主要标志物的原因是，它比肌钙蛋白更早出现阳性结果。阳性结果可能表明或可能不表明心脏可能受损，因此经常会模棱两可。因此，根据肌钙蛋白测试来评估阳性结果。然而，肌红蛋白阴性结果完全排除了心肌梗塞。关于肌红蛋白的另一个有趣的事实是，它对肾脏高度有毒，如果发生严重的肌肉损伤，血液中的肌红蛋白水平可能会迅速升高，肾脏（其功能包括将血液中的肌红蛋白作为尿液释放出来）可能会因肌红蛋白含量增加而严重受损。肌红蛋白含量增加的另一个原因是剧烈运动，以及过度饮酒。关于肌肉收缩，当纤维收缩时，它们会挤压毛细血管壁，从而减少甚至完全阻止血流。实际上，在这些情况下，肌红蛋白能够释放其氧气。肌红蛋白似乎在扮演英雄的角色。随着肌肉放松，血流恢复，肌红蛋白随后使用由其氧气载体伙伴血红蛋白提供的氧气进行重新充电。这些动作会导致肌肉损伤和血液中肌红蛋白增加，最终导致肾衰竭。
肌红蛋白在血氧供应严重减少时起着氧气储存的关键作用。当然，这个概念已经得到证实。同样有趣的是，在陆地哺乳动物中，肌红蛋白除了骨骼肌外，还弥补了心脏这一重要器官在收缩期间血流减少的情况。
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