2024年11月2日发(作者：沈皓洁)
肌红蛋白的结构功能与临床意义
动物科技学院 动医1班 卢小永 222
摘要
：
肌红蛋白（Mb）存在于肌肉中，心肌中含量特别丰富。抹香鲸肌红蛋白
三级结构于1960年由Kendrew用X线衍射法阐明，这是世界上第一个被描述的
蛋白质三级结构。由于三级结构与蛋白质的生物学功能直接相关，而且三级结构
的分析工作难度很高，所以这项工作获得学术界的非常高的评
价。本文将介绍肌红
蛋白的结构﹑功能与临床意义。
关键词
：肌红蛋白 三级结构 功能 临床意义
正文：
一﹑三级结构
肌红蛋白是由一条肽链和一个血红素辅基组成的结合蛋白，广泛存在于肌肉
中，是肌肉内储存氧的蛋白质，与血红蛋白的功能相似，但血红蛋白存在于血液
中，血红蛋白的氧饱和曲线为S形曲线，而肌红蛋白的氧饱和曲线为双曲线。有
研究证明，海洋哺乳类动物，如鲸﹑海豹能长时间潜水，其肌肉中肌红蛋白含量
高达8%，这类动物潜水能力的
强大正与其体内高浓度肌红蛋
白有关，高浓度的肌红蛋白能
储存大量的氧气[1]。
肌红蛋白由一条多肽链和
一个辅基组成，多肽链由153
个氨基酸残基组成，辅基为亚
铁血红素，分子量为16700。
肌红蛋白的三级结构呈紧密的
扁球形，大小为4.5nm x 3.5nm
x 2.5nm[2]。肽链骨架由长短不等的8个右手α-螺旋不对称地盘曲而成，分子中
75%--85%的氨基酸残基都位于α-螺旋结构中。α-螺旋之间的拐角处是无规则卷
曲[3]。多肽链中氨基酸残基上的疏水侧链大都在分子内部，亲水侧链多位于分
子表面，因此肌红蛋白的水溶性很好。三级结构有8段α-螺旋区每个螺旋区含
有7--24个氨基酸残基，分别成为A﹑B﹑C....G及H肽段[4]。有1--8个螺旋
间区，肽链拐角处为非螺旋区（也成为螺旋间区），包括N端有2个氨基酸残基，
C端有5个氨基酸残基的非螺旋区，处在拐点上的氨基酸残基Pro, Ile, Ser, Thr,
Asn等极性氨基酸分布在分子表面[5]。肌红蛋白分子表面有一个深陷的口袋形
的洞穴。该洞穴由C,E,F,G4个螺旋段组成。洞穴周围为疏水的R侧链，含Fe2+
的血红素居于此空穴中。血红素是铁卟淋化合物，它由4个吡咯通过4个甲炔
基相连成一个大环，Fe2+居于环中。铁卟啉上的两个丙酸侧链以离子键形式与
肽链中的两个碱性氨基酸侧链上的正电荷相连[6]。血红素的Fe2+与4个咯环
的氮原子形成配位键，另2个配位键1个与F8组氨酸结合，1个与O2结合，
故血红素在此空穴中保持稳定位置。温度和时间对肌红蛋白血红素铁与各种金属
离子直接相互作用，影响肌红蛋白的构型[7]。对于高铁肌红蛋白的还原及结构
变化，可以用光诱导高铁肌红蛋白还原，采用光谱法加以分析[8]。
二﹑功能
肌红蛋白的主要功能是在肌肉中有运输氧和储存氧，三级结构才有生物活
性，因此功能体现在三级结构上。肌红蛋白存在于肌肉细胞中，其功能是可逆的
结合氧气，将氧气储存于肌肉细胞中[9]。肌肉中肌红蛋白的含量和状态也能影
响肌肉的颜色[10]。肌红蛋白的三级结构中铁与卟啉环及多肽链氨基酸残基的连
接，这种构象非常有利于运氧和储氧功能，同时也使血红素在多肽链中保持稳定。
Mb表现出的生理功能及参与的代谢过程，大多涉及电子传递过程[11]。但是过
量运动、劳累、阳光辐射、空气污染、吸烟、农药等会产生过量的自由基。自由
基，化学上也称为“游离基”，是含有一个不成对电子的原子团。由于原子形成
分子时，化学键中电子必须成对出现，因此自由基就到处夺取其他物质的一个电
子，使自己形成稳定的物质。在化学中，这种现象称为“氧化”。体内活性氧自
由基具有一定的功能，如免疫和信号传导过程。但过多的活性氧自由基就会有破
坏行为，导致人体正常细胞和组织的损坏，而肌红蛋白是富氧链蛋白，更容易遭
到自由基的攻击。遭到自由基的攻击从而引起多种疾病，如心脏病、老年痴呆症、
帕金森病和肿瘤，与肌红蛋白被氧化存在着密切的关系。此外，更多活性氧自由
基，使核酸突变，这是人类衰老和患病的根源。抹香鲸肌红蛋白三级结构于来源
于它的食物链密切相关。抹香鲸的食物为主食大型乌贼、章鱼、鱼类而乌贼、章
鱼主要吃虾、蟹、等甲壳类动物和鱼类。根据2008年荷兰莱顿大学的科学家弗
朗西斯科·布达（Francesco Buda）教授和他的实验小组成员，通过精确的量
子计算手段发现熟透的虾、蟹、三文鱼为代表鱼类等呈现出诱人的鲜红色的原因，
是因为虾、蟹、三文鱼为代表鱼类等都富含虾青素（英文称astaxanthin，简称
ASTA），熟透的虾、蟹、三文鱼为代表鱼类等的天然红色物质就是虾青素。因为
三级结构肌红蛋白是抹香鲸在深海生存的必要条件，抹香鲸热衷于大型乌贼、章
鱼、鱼类等的食物不是它喜欢不喜欢的问题，而是必须要摄入更多的虾青素，以
保证肌红蛋白三级结构稳定而不被氧化。与大王乌贼拼得你死我活，其本质就是
互相争夺对方的虾青素资源，以利于自己能够在深海中长期生存下去[12]。
三﹑临床意义
测定血清肌红蛋白肌红蛋白可作为急性心肌梗死(AMI) 诊断的早期最灵敏的
指标 [13]。急性心肌梗死是发达国家人口死亡的主要原因之一，在我国发病率
也迅速增加，我国AMI每年发病率约为0.2%--0.6%，严重危害人们的身体健康。
血清肌红蛋白由于分子量小，心肌梗死后可快速从梗死心肌细胞中释放出来扩散
入血，所以具有很高的敏感性。研究证明，Mb对AMI发病后6--12小时的阳性
率大于95%，而对AMI阴性预测值则为100%。但是一旦发病时间超过48小时，
其阴性结果不能排除AMI的诊断，应进行肌钙蛋白的检测[14]。有研究结果显示，
溶栓前急性心肌梗死患者的Mb显著高于正常对照组，且Mb在溶栓后6--12小
时达到峰值，之后逐渐降低，48小时后逐渐趋于正常，与Mb释放入血后在血
液中维持时间较符。由于Mb持续时间较短，且并非心肌所特有，在心肌病和肌
肉拉伤等情况下也可升高，因而特异性较差[15]。
参考文献
[1]吴慧玲，通过追踪肌红蛋白表面净电荷研究哺乳动物潜水能力的进化过程。[J]
农业生物技术学报，2013,21,（8），1008
[2]邹思湘，《动物生物化学》，第四版，中国农业出版社。
[3]沈同，王镜岩。《生物化学》，高等教育出版社。
[4]查锡良，《生物化学》，复旦大学出版社。
[5]杨荣武，《生物化学原理》，第一版，2006.
[6]光谱法研究高铁肌红蛋白活性中心与咪唑的配位反应-无机化学学报-2011年
第3期 (27)。
[7]温度和时间对肌红蛋白血红素铁与金属离子相互作用的影响-生物技术通讯
-2011年 第4期 (22)。
[8]周华伟，曹洪玉，唐乾，安良梅，郑学仿。光诱导高铁肌红蛋白还原的光谱
法研究，[J]化学学报,2011，69(13).
[9]彭月敏，王启会，刘慧宏，固定化肌红蛋白的类酶活性电化学研究。[J]化学
研究与应用，2008.6,20（6）.
[10]王海燕，彭增起。肌红蛋白的功能特性，河北农业大学。
[11]刘慧宏，庞代文，氧化还原蛋白质的电化学研究。[J]化学进展，2003,11
（6):425-432.
[12]百度百科。
[13]吴琴，梅方超，汪宏亮。急性心肌梗死患者血清中IMA,Mb,cTnI与CK-MB
水平动态监测的临床意义[J].实验与检验医学，2011,29（3)：290.
[14]张书广，李庆敏。心肌肌钙蛋白I肌红蛋白及CK-MB对急性心肌梗塞诊断
的价值[J].上海预防医学杂志，2011，23（9）：:466-477.
[15]张书广，李庆敏。四种心肌标志物在急性心肌梗死诊断中的应用。[J].山东医
药，2006,46（32）:77-79.
2024年11月2日发(作者：沈皓洁)
肌红蛋白的结构功能与临床意义
动物科技学院 动医1班 卢小永 222
摘要
：
肌红蛋白（Mb）存在于肌肉中，心肌中含量特别丰富。抹香鲸肌红蛋白
三级结构于1960年由Kendrew用X线衍射法阐明，这是世界上第一个被描述的
蛋白质三级结构。由于三级结构与蛋白质的生物学功能直接相关，而且三级结构
的分析工作难度很高，所以这项工作获得学术界的非常高的评
价。本文将介绍肌红
蛋白的结构﹑功能与临床意义。
关键词
：肌红蛋白 三级结构 功能 临床意义
正文：
一﹑三级结构
肌红蛋白是由一条肽链和一个血红素辅基组成的结合蛋白，广泛存在于肌肉
中，是肌肉内储存氧的蛋白质，与血红蛋白的功能相似，但血红蛋白存在于血液
中，血红蛋白的氧饱和曲线为S形曲线，而肌红蛋白的氧饱和曲线为双曲线。有
研究证明，海洋哺乳类动物，如鲸﹑海豹能长时间潜水，其肌肉中肌红蛋白含量
高达8%，这类动物潜水能力的
强大正与其体内高浓度肌红蛋
白有关，高浓度的肌红蛋白能
储存大量的氧气[1]。
肌红蛋白由一条多肽链和
一个辅基组成，多肽链由153
个氨基酸残基组成，辅基为亚
铁血红素，分子量为16700。
肌红蛋白的三级结构呈紧密的
扁球形，大小为4.5nm x 3.5nm
x 2.5nm[2]。肽链骨架由长短不等的8个右手α-螺旋不对称地盘曲而成，分子中
75%--85%的氨基酸残基都位于α-螺旋结构中。α-螺旋之间的拐角处是无规则卷
曲[3]。多肽链中氨基酸残基上的疏水侧链大都在分子内部，亲水侧链多位于分
子表面，因此肌红蛋白的水溶性很好。三级结构有8段α-螺旋区每个螺旋区含
有7--24个氨基酸残基，分别成为A﹑B﹑C....G及H肽段[4]。有1--8个螺旋
间区，肽链拐角处为非螺旋区（也成为螺旋间区），包括N端有2个氨基酸残基，
C端有5个氨基酸残基的非螺旋区，处在拐点上的氨基酸残基Pro, Ile, Ser, Thr,
Asn等极性氨基酸分布在分子表面[5]。肌红蛋白分子表面有一个深陷的口袋形
的洞穴。该洞穴由C,E,F,G4个螺旋段组成。洞穴周围为疏水的R侧链，含Fe2+
的血红素居于此空穴中。血红素是铁卟淋化合物，它由4个吡咯通过4个甲炔
基相连成一个大环，Fe2+居于环中。铁卟啉上的两个丙酸侧链以离子键形式与
肽链中的两个碱性氨基酸侧链上的正电荷相连[6]。血红素的Fe2+与4个咯环
的氮原子形成配位键，另2个配位键1个与F8组氨酸结合，1个与O2结合，
故血红素在此空穴中保持稳定位置。温度和时间对肌红蛋白血红素铁与各种金属
离子直接相互作用，影响肌红蛋白的构型[7]。对于高铁肌红蛋白的还原及结构
变化，可以用光诱导高铁肌红蛋白还原，采用光谱法加以分析[8]。
二﹑功能
肌红蛋白的主要功能是在肌肉中有运输氧和储存氧，三级结构才有生物活
性，因此功能体现在三级结构上。肌红蛋白存在于肌肉细胞中，其功能是可逆的
结合氧气，将氧气储存于肌肉细胞中[9]。肌肉中肌红蛋白的含量和状态也能影
响肌肉的颜色[10]。肌红蛋白的三级结构中铁与卟啉环及多肽链氨基酸残基的连
接，这种构象非常有利于运氧和储氧功能，同时也使血红素在多肽链中保持稳定。
Mb表现出的生理功能及参与的代谢过程，大多涉及电子传递过程[11]。但是过
量运动、劳累、阳光辐射、空气污染、吸烟、农药等会产生过量的自由基。自由
基，化学上也称为“游离基”，是含有一个不成对电子的原子团。由于原子形成
分子时，化学键中电子必须成对出现，因此自由基就到处夺取其他物质的一个电
子，使自己形成稳定的物质。在化学中，这种现象称为“氧化”。体内活性氧自
由基具有一定的功能，如免疫和信号传导过程。但过多的活性氧自由基就会有破
坏行为，导致人体正常细胞和组织的损坏，而肌红蛋白是富氧链蛋白，更容易遭
到自由基的攻击。遭到自由基的攻击从而引起多种疾病，如心脏病、老年痴呆症、
帕金森病和肿瘤，与肌红蛋白被氧化存在着密切的关系。此外，更多活性氧自由
基，使核酸突变，这是人类衰老和患病的根源。抹香鲸肌红蛋白三级结构于来源
于它的食物链密切相关。抹香鲸的食物为主食大型乌贼、章鱼、鱼类而乌贼、章
鱼主要吃虾、蟹、等甲壳类动物和鱼类。根据2008年荷兰莱顿大学的科学家弗
朗西斯科·布达（Francesco Buda）教授和他的实验小组成员，通过精确的量
子计算手段发现熟透的虾、蟹、三文鱼为代表鱼类等呈现出诱人的鲜红色的原因，
是因为虾、蟹、三文鱼为代表鱼类等都富含虾青素（英文称astaxanthin，简称
ASTA），熟透的虾、蟹、三文鱼为代表鱼类等的天然红色物质就是虾青素。因为
三级结构肌红蛋白是抹香鲸在深海生存的必要条件，抹香鲸热衷于大型乌贼、章
鱼、鱼类等的食物不是它喜欢不喜欢的问题，而是必须要摄入更多的虾青素，以
保证肌红蛋白三级结构稳定而不被氧化。与大王乌贼拼得你死我活，其本质就是
互相争夺对方的虾青素资源，以利于自己能够在深海中长期生存下去[12]。
三﹑临床意义
测定血清肌红蛋白肌红蛋白可作为急性心肌梗死(AMI) 诊断的早期最灵敏的
指标 [13]。急性心肌梗死是发达国家人口死亡的主要原因之一，在我国发病率
也迅速增加，我国AMI每年发病率约为0.2%--0.6%，严重危害人们的身体健康。
血清肌红蛋白由于分子量小，心肌梗死后可快速从梗死心肌细胞中释放出来扩散
入血，所以具有很高的敏感性。研究证明，Mb对AMI发病后6--12小时的阳性
率大于95%，而对AMI阴性预测值则为100%。但是一旦发病时间超过48小时，
其阴性结果不能排除AMI的诊断，应进行肌钙蛋白的检测[14]。有研究结果显示，
溶栓前急性心肌梗死患者的Mb显著高于正常对照组，且Mb在溶栓后6--12小
时达到峰值，之后逐渐降低，48小时后逐渐趋于正常，与Mb释放入血后在血
液中维持时间较符。由于Mb持续时间较短，且并非心肌所特有，在心肌病和肌
肉拉伤等情况下也可升高，因而特异性较差[15]。
参考文献
[1]吴慧玲，通过追踪肌红蛋白表面净电荷研究哺乳动物潜水能力的进化过程。[J]
农业生物技术学报，2013,21,（8），1008
[2]邹思湘，《动物生物化学》，第四版，中国农业出版社。
[3]沈同，王镜岩。《生物化学》，高等教育出版社。
[4]查锡良，《生物化学》，复旦大学出版社。
[5]杨荣武，《生物化学原理》，第一版，2006.
[6]光谱法研究高铁肌红蛋白活性中心与咪唑的配位反应-无机化学学报-2011年
第3期 (27)。
[7]温度和时间对肌红蛋白血红素铁与金属离子相互作用的影响-生物技术通讯
-2011年 第4期 (22)。
[8]周华伟，曹洪玉，唐乾，安良梅，郑学仿。光诱导高铁肌红蛋白还原的光谱
法研究，[J]化学学报,2011，69(13).
[9]彭月敏，王启会，刘慧宏，固定化肌红蛋白的类酶活性电化学研究。[J]化学
研究与应用，2008.6,20（6）.
[10]王海燕，彭增起。肌红蛋白的功能特性，河北农业大学。
[11]刘慧宏，庞代文，氧化还原蛋白质的电化学研究。[J]化学进展，2003,11
（6):425-432.
[12]百度百科。
[13]吴琴，梅方超，汪宏亮。急性心肌梗死患者血清中IMA,Mb,cTnI与CK-MB
水平动态监测的临床意义[J].实验与检验医学，2011,29（3)：290.
[14]张书广，李庆敏。心肌肌钙蛋白I肌红蛋白及CK-MB对急性心肌梗塞诊断
的价值[J].上海预防医学杂志，2011，23（9）：:466-477.
[15]张书广，李庆敏。四种心肌标志物在急性心肌梗死诊断中的应用。[J].山东医
药，2006,46（32）:77-79.