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肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质，尤其在潜水哺乳动物肌肉中含量特别丰富，致使肌肉呈棕色。肌红蛋白是由一条多肽链和一个血红素辅基构成，分子量为16700，含153个氨基酸残基。肌红蛋白和血红蛋白的亚基在氨基酸顺序上具有明显的同源性，它们的构象和功能也十分相似。肌红蛋白的分子构型致密结实，含亲水基团侧链的氨基酸残基几乎全部在分子的外表面，正好与水分子结合，使之成为可溶性蛋白质。

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，是肌肉内储存氧的蛋白质，它的氧饱和曲线为双曲线型。肌红蛋白存在于肌肉中，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。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。

肌红蛋白是一个相对分子质量为17000的单体蛋白质，主要存在于骨骼肌和心肌细胞的胞质中，少量存在于甲状腺和胸腺中，骨骼肌中含量为3～9mg/g，甲状腺中含量为0.04～0.11mg/g，胸腺中含量为0.01～0.05mg/g，平滑肌细胞中不含肌红蛋白，正常人血清中肌红蛋白含量很少，因其分子量小，最主要在肾脏代谢并排出体外，部分由网状内皮系统代谢，其分解过程类似于血红蛋白。它和球蛋白、珠蛋白和神经珠蛋白一起组成血红蛋白家族。这些氧结合蛋白几乎存在于所有的脊椎动物。血红蛋白被定位在红细胞内，但最近发现它也存在于动脉内皮细胞的变体。值得注意的是，肌红蛋白也存在于非肌肉细胞，如鱼的脑细胞、肾脏、肝脏以及人的乳腺肿瘤细胞。在小鼠胚胎的发生和发展过程中，肌红蛋白在 心室中表达丰富，在心房中表达较少，而在心室中的表达也是有梯度的。在成年小鼠的心脏中，心房和心室中有一个系统的表达式，并且在心内膜和心外膜的 表达并无区别。与此不同的是，在人类成人心脏中，肌红蛋白为空间式表达，并且在心内膜的表达高于心外膜。这可能提示在心脏的心内膜需要更高的肌红蛋白调节氧气供应以在时间和空间上支持心脏的血流。

肌红蛋白对早期心肌梗死及再梗死的诊断预测；肌红蛋白储存及运输氧气；肌红蛋白可控制心肌一氧化氮的动态平衡。