As o USDA diz, a proteína mioglobina é a principal causa da cor vermelha da carne; atinge essa cor quando exposto ao oxigênio. A carne vermelha (ou carne escura) é rica em mioglobina, proveniente dos músculos de resistência "contração lenta", enquanto a carne branca tem pouca mioglobina e é proveniente dos músculos "contração rápida". Então é realmente a proteína da carne, como você adivinhou! Mas podemos entender melhor que isso.
A mioglobina está relacionada a hemoglobina, que está no sangue: a mioglobina tem um grupo heme enquanto a hemoglobina tem quatro grupos heme. Nos dois casos, os grupos heme estão ligados a uma proteína globular (um globina); essa estrutura circundante é muito diferente nas duas proteínas. Os grupos heme são moléculas orgânicas de bom tamanho, mas o importante é que, no centro, existe um átomo de ferro ionizado, capaz de se ligar a várias outras coisas, permitindo coisas como a hemoglobina transportar oxigênio no sangue e a mioglobina retendo temporariamente o oxigênio as células musculares vão usar em breve. O Myglobin está mais presente nos músculos de contração lenta, que são usados com freqüência ou continuamente e, portanto, precisam do estoque de oxigênio para resistência - esses músculos são o que chamamos de carne vermelha (ou escura). Os músculos de contração rápida, usados para uma rápida explosão de energia, não precisam desses estoques de oxigênio, para que eles não tenham muita mioglobina.
A parte central do heme é mais ou menos assim:

As ligações cinzas ao redor das bordas são as conexões com o resto da molécula, com as quais não nos importamos no momento. São as várias coisas que podem se ligar ao átomo de ferro (esse ponto de interrogação) que são responsáveis pela cor do sangue e da carne vermelha. Existem vários estados que vemos na carne:
- Quando não há oxigênio ligado a ele, ele está ligado à água e é roxo / azul. Sabemos disso como a cor do sangue nas veias, mas às vezes você pode ver isso na carne embalada a vácuo, que não é exposta ao oxigênio. O ferro está no estado de oxidação + 2 (dois elétrons removidos).
- Com o oxigênio ligado a ele, que acontece instantaneamente quando exposto ao ar, fica vermelho. Isso é verdade para o sangue que coletou oxigênio dos pulmões, bem como para a carne no estado em que normalmente o vemos. Novamente, o ferro está no estado de oxidação + 2.
- Com o ferro ionizado ainda mais no estado + 3, ele pode novamente se ligar à água, ficando marrom. Isso acontece após períodos prolongados sem exposição a muito oxigênio, por exemplo, carne armazenada em sua embalagem por um tempo. Também acontece quando a proteína é desestabilizada pela acidez ou temperatura, explicando por que a carne cozida fica marrom. Se você cozinhá-lo lentamente a baixa temperatura, a proteína não é tanto desestabilizada e pode permanecer alguma cor rosa.
- Com óxido nítrico ligado a ele, o que acontece tanto nas carnes curadas quanto nas defumadas, fica rosa. Da mesma forma, o monóxido de carbono em grades com gás ou carvão com deficiência de oxigênio também pode torná-lo rosado.

Existe uma grande variedade no conteúdo de mioglobina de várias carnes, representando grande parte da variação de cor. Tudo depende do animal e do papel do músculo. Lembre-se, a mioglobina é usada para armazenamento temporário de oxigênio. Isso significa que os músculos mais poderosos e usados com mais freqüência precisam de muita mioglobina - por exemplo, os bovinos jovens ainda não estão usando seus músculos e têm menos mioglobina, enquanto os músculos das baleias, que são constantemente usados e precisa durar por mergulhos prolongados, ter 25 vezes mais mioglobina e parecer preto. Isso é realmente muito legal do ponto de vista nutricional: quanto mais vermelha a carne, mais ferro ela tem!
Ufa! Então isso é carne vermelha. A carne branca, por outro lado, é proveniente dos músculos de contração rápida e pobres em mioglobina, por isso não entra em todas essas coisas emocionantes de mudança de cor. Peitos de aves de capoeira, assim como muitos peixes, se enquadram nessa categoria. Embora alguns peixes (como o atum) possuam muitos músculos de resistência de contração lenta, a maioria dos peixes não precisa de muito, porque navegar na água é relativamente fácil. Em vez disso, eles têm muito músculo de contração rápida para curvas rápidas e corridas, com uma camada de contração lenta perto da pele - essa é a camada escura que você vê em alguns peixes!
Além dos artigos da Wikipedia acima, esta resposta inclui informações significativas dos sempre excelentes Em Alimentação e da Cozinha, de Harold McGee - notavelmente contém pequenos diagramas agradáveis dos vários estados heme. Muitas das mesmas informações podem ser encontradas espalhadas pela Internet. Wikipedia Temperatura (carne) O artigo aborda brevemente as transformações culinárias. Para a variedade de cores de carne, existe este Exploratorium "Ciência da Culinária"artigo ou este Resposta da Biblioteca do Congresso sobre carne branca / escura na Turquia.