Struttura e meccanismo della mioglobina

La mioglobina è costituita da otto eliche (indicate con le lettere maiuscole da A a H) legate tra loro da corti polipeptidi per formare una molecola ellissoidale compatta. Le eliche sono α-eliche, ma con qualche distorsione come una compattazione dei giri finali delle eliche A, C, E e G a formare un elica 310. Il gruppo eme è immerso in una tasca idrofobica formata principalmente dalle eliche E ed F. Il Fe(II) dell'eme interagisce con sei ligandi, quattro dei quali giacciono sullo stesso piano (il piano dell'eme), il quinto e il sesto, invece, giacciono al di sopra e al di sotto di questo piano. Il quinto ligande del Fe(II) dell'eme è il residuo di His F8, detta istidina prossimale. Quando la mioglobina lega l'O2 diventa ossimioglobina, ossiMb, e il sesto ligando è quindi una molecola di O2, che si lega al piano dell'eme con un inclinazione di 60°. Nell'ossiMb il Fe(II) è posizionato al di fuori del piano dell'eme sul lato dell'istidina prossimale. Dal lato dell'eme dove si lega l'ossigeno si trova il residuo di His E7, l'istidina distale, il cui gruppo funzionale è troppo lontano per interagire con l'atomo di ferro, ma abbastanza vicino per interagire con l'ossigeno. Nella deossiMb, la sesta posizione di coordinazione del Fe(II) non è occupata in quanto l'istidina distale è troppo lontana dal Fe(II) per potersi coordinare con questo atomo. Bisogna ricordare che, la sostituzione nella mioglobina dell'istidina distale con qualsiasi altro residuo riduce l'affinità della proteina per l'ossigeno ed aumenta la sua velocità di autossidazione. Il ferro dell'eme è protetto dall'autossidazione dal legame dell'ossigeno. La spiegazione di questo fatto è che l'ossidazione del ferro dell'eme, che avviene nello stato deossigenato, è catalizzata dai protoni che vengono ridotti dal ferro dell'eme e che, a loro volta riducono l'ossigeno nel solvente a superossido (O2-). Sostituendo il residuo di istidina distale con Asp aumenta la velocità di ossidazione della mioglobina di circa 350 volte. Evidentemente l'anello imidazolico dell'His distale, con un atomo di N non protonato che guarda la tasca dell'eme, agisce da trappola per i protoni proteggendo il ferro dell'eme dai protoni che possono entrare nella tasca dell'eme della deossimioglobina.