GLUT: FUNKCJE, GŁÓWNE TRANSPORTERY GLUKOZY - BIOLOGIA - 2026

GLUT seria rodzaju przenośniki bramy, w za przeprowadzanie pasywny transport glukozy w cytozolu wielu różnych komórkach ssaków.

Jednak większość dotychczas zidentyfikowanych GLUT nie jest specyficznych dla glukozy. Wręcz przeciwnie, są zdolne do transportu różnych cukrów, takich jak mannoza, galaktoza, fruktoza i glukozamina, a także innych rodzajów cząsteczek, takich jak moczany i mannozytol.

Typowa budowa transportera glukozy GLUT. A2-33, źródło Wikimedia Commons.

Do tej pory zidentyfikowano co najmniej 14 GLUT. Wszystkie mają wspólne cechy strukturalne i różnią się zarówno dystrybucją tkanek, jak i rodzajem przenoszonej przez nie cząsteczki. Dlatego każdy typ wydaje się być przystosowany do różnych warunków fizjologicznych, w których spełnia określoną rolę metaboliczną.

Mobilizacja glukozy w komórkach

Większość żywych komórek polega na częściowym lub całkowitym utlenianiu glukozy, aby uzyskać energię niezbędną do przeprowadzenia ich życiowych procesów.

Wejście tej cząsteczki do cytozolu komórki, gdzie jest metabolizowana, zależy od pomocy białek transporterowych, ponieważ jest ona wystarczająco duża i polarna, aby mogła samodzielnie przekroczyć dwuwarstwę lipidową.

W komórkach eukariotycznych zidentyfikowano dwa główne typy transporterów zaangażowane w mobilizację tego cukru: kotransportery Na + / glukoza (SGLT) i uniportery GLUT.

Te pierwsze wykorzystują wtórny mechanizm transportu aktywnego, w którym kotransport Na + dostarcza energię napędową do przeprowadzenia procesu. Podczas gdy te ostatnie wykonują ułatwiony ruch bierny, mechanizm, który nie wymaga energii i sprzyja gradientowi stężenia cukru.

Mechanizm transportowy stosowany przez transportery heksozowe GLUT. Autor: Emma Dittmar - Praca własna, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

Przenośniki GLUT

Transportery GLUT, od angielskiego akronimu „Glucose Transporters”, to grupa transporterów bramkowych odpowiedzialnych za prowadzenie biernego transportu glukozy z pożywki zewnątrzkomórkowej do cytozolu.

Należą do wielkiej nadrodziny transporterów ułatwionej dyfuzji (MSF), składającej się z dużej liczby transporterów odpowiedzialnych za transport przezbłonowy szerokiej gamy małych cząsteczek organicznych.

Chociaż ich nazwa wydaje się wskazywać, że transportują tylko glukozę, transportery te mają różną specyfikę dla różnych monosacharydów z sześcioma atomami węgla. Dlatego bardziej niż transportery glukozy są to transportery heksozowe.

Do chwili obecnej zidentyfikowano co najmniej 14 GLUT, a ich lokalizacja wydaje się być specyficzna dla tkanki ssaków. Oznacza to, że każda izoforma jest wyrażana w bardzo określonych tkankach.

W każdej z tych tkanek charakterystyka kinetyczna tych transporterów znacznie się różni. To ostatnie zdaje się wskazywać, że każdy z nich ma odpowiadać na inne potrzeby metaboliczne.

Struktura

14 zidentyfikowanych do tej pory GLUT ma szereg wspólnych cech strukturalnych.

Wszystkie z nich są integralnymi wielowarstwowymi białkami błonowymi, to znaczy wielokrotnie przekraczają dwuwarstwę lipidową przez segmenty transbłonowe bogate w hydrofobowe aminokwasy.

Sekwencja peptydów tych transporterów waha się między 490-500 reszt aminokwasowych, a ich trójwymiarowa struktura chemiczna jest podobna do opisanej dla wszystkich innych członków nadrodziny głównych moderatorów (MSF).

Struktura ta charakteryzuje się występowaniem 12 segmentów transbłonowych w konfiguracji α-helisy i wysoce glikozylowaną domeną zewnątrzkomórkową, która w zależności od rodzaju GLUT może znajdować się w utworzonej trzeciej lub piątej pętli.

Ponadto końcówki aminowe i karboksylowe białka są zorientowane w kierunku cytozolu i wykazują pewien stopień pseudosymetrii. Sposób, w jaki te końce są rozmieszczone przestrzennie, powoduje powstanie otwartej wnęki, która stanowi miejsce wiązania glukozy lub jakiegokolwiek innego transportowanego monosacharydu.

W tym sensie tworzenie porów, przez które cukier przechodzi w dół od miejsca wiązania, jest określone przez centralny układ helis 3, 5, 7 i 11. Wszystkie z nich mają wysoką gęstość reszty polarne, które ułatwiają tworzenie wewnętrznego hydrofilowego środowiska porów.

Klasyfikacja

GLUT podzielono na trzy duże klasy w oparciu o stopień podobieństwa sekwencji peptydów, a także pozycję domeny glikozylowanej.

GLUT należące do klas I i II ograniczają wysoko glikozylowaną domenę do pierwszej pętli zewnątrzkomórkowej znajdującej się między pierwszymi dwoma segmentami transbłonowymi. Podczas gdy w klasie III jest ograniczony do dziewiątej pętli.

W każdej z tych klas odsetki homologii między sekwencjami peptydów wahają się od 14 do 63% w regionach mniej konserwowanych i od 30 do 79% w regionach silnie konserwowanych.

Klasa I składa się z transporterów GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT 4 i GLUT14. Klasa II dla GLUT5, 7, 9 i 11. I klasa III dla GLUT6, 8, 10 i 12 i 13.

Należy wspomnieć, że każdy z tych transporterów ma inne położenie, charakterystykę kinetyczną, specyfikę substratu i funkcje.

Główne transportery i funkcje glukozy

GLUT1

Jest wyrażany głównie w erytrocytach, komórkach mózgowych, łożysku i nerkach. Chociaż jego główną funkcją jest dostarczanie tym komórkom poziomu glukozy niezbędnego do wspomagania oddychania komórkowego, odpowiada za transport innych węglowodanów, takich jak galaktoza, mannoza i glukozamina.

GLUT2

Chociaż GLUT2 jest wysoce specyficzny dla glukozy, ma większe powinowactwo do glukozaminy. Jednak jest również zdolny do transportu fruktozy, galaktozy i mannozy do cytozolu komórek nabłonka jelita cienkiego wątroby, trzustki i nerek.

GLUT3

Chociaż ma duże powinowactwo do glukozy, GLUT3 wiąże i transportuje również galaktozę, mannozę, maltozę, ksylozę i kwas dehydroaskorbinowy z mniejszym powinowactwem.

Jest wyrażany głównie w komórkach embrionalnych, dzięki czemu utrzymuje ciągły transport tych cukrów z łożyska do wszystkich komórek płodu. Ponadto wykryto go w komórkach mięśniowych i jąder.

GLUT4

Ma wysokie powinowactwo do glukozy i ulega ekspresji tylko w tkankach wrażliwych na insulinę. Dlatego wiąże się to z transportem glukozy stymulowanym przez ten hormon.

GLUT8

Transportuje zarówno glukozę, jak i fruktozę do wnętrza komórek wątroby, nerwów, serca, jelit i tkanki tłuszczowej.

GLUT9

Oprócz transportu glukozy i fruktozy wykazuje duże powinowactwo do moczanów, dlatego pośredniczy w ich wchłanianiu do komórek nerkowych. Stwierdzono jednak, że jest wyrażany również w leukocytach i komórkach jelita cienkiego.

GLUT12

W mięśniach szkieletowych transporter ten jest przemieszczany do błony komórkowej w odpowiedzi na insulinę, działając w ten sposób w mechanizmach odpowiedzi na ten hormon. Jego ekspresję określono również w komórkach prostaty, łożyska, nerek, mózgu i gruczołów sutkowych.

GLUT13

Realizuje specyficzny sprzężony transport mioinozytolu i wodoru. Dzięki temu przyczynia się do obniżenia pH płynu mózgowo-rdzeniowego do wartości bliskich 5,0 przez komórki nerwowe tworzące móżdżek, podwzgórze, hipokamp i pień mózgu.

Bibliografia

1. Augustin R. Critical Review. Rodzina białek ułatwiających transport glukozy: w końcu nie chodzi tylko o glukozę. IUBMB Life. 2010; 62 (5): 315–33.
2. Bell GI, Kayano T, Buse JB, Burant CF, Takeda J, Lin D, Fukumoto H, Seino S. Molecular biology of ssaków transporterów glukozy. Opieka diabetologiczna. 1990; 13 (3): 198-208.
3. Castrejón V, Carbó R, Martínez M. Molecular mechanizmy zaangażowane w transport glukozy. REB. 2007; 26 (2): 49-57.
4. Joost HG, Thorens B. Rozszerzona rodzina GLUT czynników ułatwiających transport cukru / poliolu: nomenklatura, charakterystyka sekwencji i potencjalna funkcja jej nowych członków (przegląd). Mol Membr Biol.2001; 18 (4): 247-56.
5. Kinnamon SC, Finger TE. Smak ATP: neurotransmisja w kubkach smakowych. Neurosci przedniej komórki. 2013; 7: 264.
6. Scheepers A, Schmidt S, Manolescu A, Cheeseman CI, Bell A, Zahn C, Joost HG, Schürmann A. Charakterystyka ludzkiego genu SLC2A11 (GLUT11): alternatywne użycie promotora, funkcja, ekspresja i dystrybucja subkomórkowa trzech izoform oraz brak ortologu myszy. Mol Membr Biol.2005; 22 (4): 339–51.
7. Schürmann A. Wgląd w „nieparzyste” transportery heksozowe GLUT3, GLUT5 i GLUT7. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2008; 295 (2): E225-6.
8. Thorens B, Mueckler M. Glucose transporter in the 21st Century. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2010; 298 (2): E141-145.
9. Yang H, Wang D, Engelstad K, Bagay L, Wei Y, Rotstein M, Aggarwal V, Levy B, Ma L, Chung WK, De Vivo DC. Zespół niedoboru Glut1 i oznaczenie wychwytu glukozy w erytrocytach. Ann Neurol. 2011; 70 (6): 996-1005.