肌紅素（Myoglobin）

肌紅素（Myoglobin）
台北市立第一女子高級中學二年級吳岱蓉/台北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

肌紅素的生理機制
肌紅素是肌肉組織主要的攜氧色素，主要存在於心臟和骨骼肌中。肌紅素不同於經由血液運輸的攜氧色素–血紅蛋白，肌紅素比血紅蛋白更易跟氧結合，而且肌紅素與氧結合能力不會受到氧分壓的影響。當氧合肌紅蛋白形成時，每公斤的肌肉可儲存約十毫升的氧氣。當運動使肌肉耗氧時，肌紅素可以提供氧給肌肉，以維持較長時間的高難度運動。

肌紅素的蛋白分子模型
肌紅素結構包含了肌紅蛋白與稱為原血紅素（heme）的輔基（prosthetic group）。肌紅素的蛋白分子由153個胺基酸所組成，分子量為16,700 Da。擔任輔基的原血紅素是含有鐵離子為中心的紫質分子（porphyrin）。1958年，約翰肯德魯（John Kendrew）和他的同事成功的經由高解析度X射線晶體學，測定肌紅蛋白的結構。也因為這項成就，約翰肯德魯與馬克斯比魯茲（Max Perutz）共得1962年諾貝爾化學獎。儘管是生物學中研究最精通的蛋白質之一，其真正的生理功能尚未完全確定。

圖一  肌紅蛋白的分子模型  
(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Myoglobin)

肌紅素結構中的活化中心
肌紅素結構中的活化中心在擔任輔基的原血紅素鐵離子位置，氧分子在此與鐵離子結合。肌紅度結構中有一個近端組胺酸直接連接到中心鐵離子，而在此位置對面一方則有一個未連接鐵離子的遠端組胺酸。目前科學家認知遠端組胺酸的重要性有三個功能：
1. 利用氫鍵的作用，增加中心鐵離子與氧分子的結合力。
2. 防止鐵離子與一氧化碳結合。一氧化碳和紫質分子中的鐵離子結合率是氧分子的23,000倍，但是在血紅素和肌紅素中一氧化碳結合率只比氧分子高出200倍。
3.防止發生不可逆轉的氧合肌紅蛋白偶合反應（dimerization），造成氧分子無法從肌紅素中釋出。

肉的顏色                                                 
肌紅蛋白形成色素使生肉顏色呈現肉紅色，此原因部分取決於肌紅蛋白中的鐵離子的電荷價數和攜氧的多寡。當肉是生的時候，鐵離子帶有+2電荷，此時肌紅素容易結合氧分子。肉煮熟以後會是褐色的，因為鐵為子變成失去一個電子，變成+3電荷，且多結合了一個水分子。在某些情況下，儘管經過高溫加熱之後，熟肉依然可以維持粉紅色，例如將肉浸泡在微量亞硝酸鹽中（像是醃牛肉或是火腿），烹煮之後仍然維持粉紅色，此因為鐵離子結合了一氧化氮。另外，烤肉會產生粉紅色的煙圈，是因為鐵離子結合了一氧化碳。據此原理，生肉肉品包裝會填充微量一氧化碳氣體，這種人工的粉紅色可以讓生肉肉品保存很長一段時間仍不變色。生肉表面如果是粉紅色，通常是消費者心目中的新鮮肉類。荷美爾（Hormel）和嘉吉（Cargill）公司據報導都使用這種肉類包裝過程，並且從2003年就開始在消費市場使用至今。

疾病中扮演的角色                                  
當肌肉受損，肌紅蛋白從損壞的肌肉組織（橫膈肌溶解症）中釋放出來，被釋放的肌紅蛋白經由腎臟過濾，但對腎小管上皮有毒性，因此可能會導致急性腎功能衰竭。肌紅蛋白是肌肉拉傷的敏感指標，使之成為心臟病患者的胸部疼痛的潛在指標。

資料來源：
1. http://encyclopedia.thefreedictionary.com/Myoglobin
2. http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/003663.htm
3. http://www.answers.com/topic/myoglobin