1. 概要: ミオグロビンとは
2. ミオグロビンの構造
3. ミオグロビンと酸素の結合
4. ミオグロビンその他

概要: ミオグロビンとは

ミオグロビン myoglobin は筋肉中に存在し、酸素を貯蔵する約 17 kDa のタンパク質である。マグロ、牛肉などの赤い色はミオグロビンに由来する。

Sperm whale myoglobin は、1950 年代に最初に結晶構造解析がなされたタンパク質である (1)。

ヒトのミオグロビン

ヒト には 1 個のミオグロビン遺伝子があり、22 番 染色体 上に位置している。複数のアイソフォームがあるようだ。Isoform 1 (NP_001349775.1) は 154 アミノ酸から成り、分子量 は 17183.81、等電点は 7.14 である。

ミオグロビンの構造

ミオグロビンの構造で重要なのは、酸素と結合するヘム heme の部分 (図, Public domain) の部分である。なお、英語では「ヘム」ではなく「ヒーム」[hiːm] と発音する。

ヘムの重要な性質は以下の通り。

• 中央の鉄 iron 原子で酸素と結合する。
• 血液 blood や筋肉 muscle に特有の赤色の原因。

鉄以外の部分を プロトポルフィリン protoporphyrin という。

ミオグロビンと酸素の結合

ヘムに含まれる鉄原子は 6 つの結合サイトをもつ (1)。うち 4 つは上の図に見るように窒素原子との結合に使われており、さらに 1 つはミオグロビンに含まれるヒスチジン histidine 残基のイミダゾール基との結合に使われている (参考: 官能基の一覧)。このヒスチジンは proximal histidine と呼ばれる。

残った 1 個の結合サイトには、酸素が結合することができる。酸素と結合していない状態は deoxymyoglobin, 結合した状態は oxymyoglobin と呼ばれる。

鉄原子の価数とメトミオグロビン

鉄原子は 2 価の Fe²⁺ と 3 価の Fe³⁺ の陽イオンになることができる。通常は Fe²⁺ の状態であり、最外殻電子数は 0 である。ここに 2 個の最外殻電子をもつ酸素が 配位結合 する。

このまま酸素が解離すれば問題ないのだが、解離の際に 電子を一つ引き抜いてしまうことがある。その結果、ヘム鉄は Fe³⁺ となって酸素と結合する能力を失い、酸素 O₂ は 活性酸素 スーパーオキシド O₂^- になってしまう。この変化は生体にとって非常に都合が悪いので、ミオグロビンには distal histidine というもう一つのヒスチジン残基が酸素と水素結合 hydrogen bond を形成し、酸素との結合を安定化させている。

> ヒトの多くのガン組織で myoglobin が発現していることを示した論文 (3)。

• Mb は酸素のリザーバーしての機能の他、その高い酸素親和性から ROS scavenger としてもはたらく。
• また、低酸素条件下で誘導されることも知られている。そこで、ガン組織で Mb の発現を調べた。
• 多くのヒトガン組織由来のcell lineを用いた実験。
• Mb mRNAをリアルタイムPCRで検出。Proteinを免疫染色で検出。
• Hypoxia, H₂O₂, SNAP (S-nitroso-N-acetylpenicillamine; 酸化ストレス誘導剤), EGF による誘導を MCF-7 で ウエスタンブロット により検出。

ミオグロビンその他

> Bison のミオグロビンを精製し、性状解析を行った論文。

• Bison は食用にされ、肉も脂質含量が低く健康的。しかし、肉の色が牛よりも早く悪化する。そこで Mb を精製し、その性状をウシ Mb と比較した。
• 一次構造は 100% 同じだった。メト化などの性状を調べたが、beef Mb との違いはみつからなかった。
• したがって、Mb の性状以外の原因があると考えられた。PUFA 代謝産物である HNE や、抗酸化酵素活性などを挙げている。

ミオグロビンの立体構造 (Public domain)。

References

1. Amazon link: ストライヤー生化学: 使っているのは英語の 6 版ですが、日本語の 7 版を紹介しています。参考書のページ にレビューがあります。
2. By Yikrazuul - 投稿者自身による作品, パブリック・ドメイン, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11081791
3. Flonta et al., 2009a.Expression and functional regulation of myogenin in epothelial cancers. Am J Pathol, 175, 201-206.

コメント欄

サーバー移転のため、コメント欄は一時閉鎖中です。サイドバーから「管理人への質問」へどうぞ。