原文链接 Molecule of the Month: Myoglobin

肌红蛋白 Myoglobin

肌红蛋白（Myoglobin）是第一个被解析了分子结构的蛋白质，揭示了其如何在肌肉细胞中存储氧。

Irving Geis描绘的肌红蛋白。你可以在Geis Archive on PDB-101了解更多关于这幅画的信息。使用获得了Howard Hughes Medical Institute, Copyright 2015的授权

第一个蛋白质结构

任何关于蛋白质结构的讨论都必须从肌红蛋白开始，因为它是蛋白质结构科学的 起点。在多年艰苦的工作之后，John Kendrew和他的合作者确定了肌红蛋白的结 构，为生物学理解的时代打下了基础。你可以自己仔细看一下这个蛋白质结构， PDB条目 1mbn。 你会像1960年代的世界一样，为这个蛋白质的精妙的复杂而感到惊奇。

肌红蛋白和肌肉

肌红蛋白是一个小的，淡红色的蛋白质。它在肌肉中广泛存在，并赋予肉大多数 的红色。它的功能是在为肌肉努力工作时的消耗而存储氧分子。为了实现这个目 的，它使用一个特殊的化学工具来捕获活泼的氧分子：一个血红素（heme）基团。 血红素是一个盘状的分子，它在中心有一个洞正好适合抓住一个铁离子。这个铁 原子和氧分子之间形成强相互作用。你可以从结构中看到，血红素分子被牢牢地 固定在蛋白质一侧的深口袋中。

可视化蛋白质结构

当肌红蛋白的结构被解出来后，它带来一个巨大的挑战。这个结构是如此复杂， 所以需要开发新的方法来展示和理解它。John Kendrew根据实验得到的电子密度 使用一个巨大的铁丝模型来构建结构。之后，艺术家Irving Geis被聘请来为 《科学美国人》上一篇杰出的文章创作肌红蛋白的图片。电脑绘图还要在多年之 后才会出现，所以他完全用手工一个原子一个原子地绘制了插图。你可以在 Geis Archive on PDB-101来 了解更多Irving Geis的工作。

肌红蛋白和鲸

如果你看John Kendrew的PDB文件的话，你会注意到他使用的肌红蛋白来自抹香 鲸的肌肉。鲸和海豚对于肌红蛋白有巨大的需求，这样它们才能为它们的深潜存 储额外的氧。通常，它们拥有比陆地动物多30倍的肌红蛋白。一项最近的研究揭 示出为了使之成为可能，一些特定的改变是必须的。对比鲸的肌红蛋白（PDB条 目1mbn） 和猪的肌红蛋白（PDB条目 1pmb）， 我们可以看到有若干突变在表面增加了额外的带正电的氨基酸。海洋动物通常会 在它们的肌红蛋白表面具有这些额外的电荷来排斥邻近的分子，从而能够避免在 高浓度度下肌红蛋白的聚集。

鲸的肌红蛋白比猪的肌红蛋白多5个正电氨基酸。五个中的三个在图中显示，标 注为星号。带正电的氨基酸为蓝色，带负电的氨基酸为红色。

氧分子和肌红蛋白结合

一个后期的肌红蛋白结构显示出氧分子结合到深入蛋白质内部的铁原子上，PDB条目 1mbo。所以 它是如何进出呢？答案是PDB中的结构只是这个蛋白质在它的紧密闭合状态下抓 取的一个快照。在现实中，肌红蛋白（和所有其他蛋白质）是在持续的运动中的， 显现出微小的柔性和呼吸运动。所以，临时的开放会持续出现和消失，允许氧气 的进出。

具有氧分子（蓝绿色）结合在血红素（红色）上的肌红蛋白（粉红）。