ПЕРЕНАСЫЩЕНИЕ: ФУНКЦИИ, ОСНОВНЫЕ ПЕРЕНОСЧИКИ ГЛЮКОЗЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

GLUT представляет собой серию типа конвейеров ворот, в заряде проведения пассивного транспорта глюкозы в цитозоль самого разнообразные клеток млекопитающих.

Однако большинство GLUT, которые были идентифицированы на сегодняшний день, не специфичны для глюкозы. Напротив, они способны транспортировать различные сахара, такие как манноза, галактоза, фруктоза и глюкозамин, а также другие типы молекул, такие как ураты и маннозит.

Типичная структура переносчика глюкозы GLUT. Автор A2-33, из Wikimedia Commons.

На сегодняшний день идентифицировано как минимум 14 GLUT. Все они имеют общие структурные характеристики и различаются как распределением в тканях, так и типом несущейся молекулы. Таким образом, каждый тип кажется адаптированным к различным физиологическим условиям, где он выполняет определенную метаболическую роль.

Мобилизация глюкозы внутри клеток

Большинство живых клеток зависят от частичного или полного окисления глюкозы для получения энергии, необходимой для выполнения своих жизненных процессов.

Поступление этой молекулы в цитозоль клетки, где она метаболизируется, зависит от помощи белков-переносчиков, поскольку она достаточно велика и полярна, чтобы самостоятельно пересекать липидный бислой.

В эукариотических клетках были идентифицированы два основных типа транспортеров, участвующих в мобилизации этого сахара: котранспортеры Na + / глюкозы (SGLT) и унипортеры GLUT.

Первые используют вторичный активный транспортный механизм, при котором котранспорт Na + обеспечивает движущую энергию для осуществления процесса. В то время как последние выполняют облегченное пассивное движение, механизм, который не требует энергии и поддерживает градиент концентрации сахара.

Транспортный механизм, используемый транспортерами гексозы GLUT. Эмма Диттмар - собственная работа, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

Конвейеры GLUT

Транспортеры GLUT, что в переводе с английского означает «транспортеры глюкозы», представляют собой группу транспортеров воротного типа, ответственных за осуществление пассивного транспорта глюкозы из внеклеточной среды в цитозоль.

Они принадлежат к большому суперсемейству транспортеров с облегченной диффузией (MSF), состоящему из большого числа транспортеров, ответственных за осуществление трансмембранного переноса большого количества разнообразных малых органических молекул.

Хотя их название, кажется, указывает на то, что они переносят только глюкозу, эти переносчики обладают различной специфичностью для различных моносахаридов из шести атомов углерода. Следовательно, они являются переносчиками гексозы в большей степени, чем переносчики глюкозы.

На сегодняшний день идентифицировано по крайней мере 14 GLUT, и их расположение, по-видимому, тканеспецифично у млекопитающих. То есть каждая изоформа экспрессируется в очень определенных тканях.

В каждой из этих тканей кинетические характеристики этих переносчиков заметно различаются. Последнее, по-видимому, указывает на то, что каждый из них предназначен для удовлетворения различных метаболических потребностей.

Структура

14 GLUT, которые были идентифицированы на сегодняшний день, имеют ряд общих структурных характеристик.

Все они являются интегральными многопроходными мембранными белками, то есть они многократно пересекают липидный бислой через трансмембранные сегменты, богатые гидрофобными аминокислотами.

Пептидная последовательность этих переносчиков колеблется между 490-500 аминокислотными остатками, а их трехмерная химическая структура аналогична описанной для всех других членов суперсемейства главных фасилитаторов (MSF).

Эта структура характеризуется наличием 12 трансмембранных сегментов в конфигурации α-спирали и сильно гликозилированного внеклеточного домена, который, в зависимости от типа GLUT, может располагаться в третьей или пятой сформированной петле.

Кроме того, амино- и карбоксильные концы белка ориентированы в сторону цитозоля и проявляют определенную степень псевдосимметрии. То, как эти концы расположены в пространстве, создает открытую полость, которая составляет сайт связывания для глюкозы или любого другого моносахарида, который должен транспортироваться.

В этом смысле образование поры, через которую сахар проходит после сайта связывания, определяется центральным расположением спиралей 3, 5, 7 и 11. Все они имеют высокую плотность полярные остатки, способствующие формированию внутренней гидрофильной среды поры.

классификация

GLUT были разделены на три больших класса на основе степени сходства пептидной последовательности, а также положения гликозилированного домена.

GLUT, принадлежащие к классам I и II, ограничивают высоко гликозилированный домен первой внеклеточной петлей, расположенной между первыми двумя трансмембранными сегментами. В то время как в классе III он ограничен девятой петлей.

В каждом из этих классов процент гомологии между пептидными последовательностями варьирует от 14 до 63% в менее консервативных областях и от 30 до 79% в высококонсервативных областях.

Класс I состоит из транспортеров GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT 4 и GLUT14. Класс II для GLUT5, 7, 9 и 11. И класс III для GLUT6, 8, 10 и 12 и 13.

Важно отметить, что каждый из этих переносчиков имеет разное расположение, кинетические характеристики, специфичность субстрата и функции.

Основные транспортеры глюкозы и функции

GLUT1

Выражается в основном в эритроцитах, клетках головного мозга, плаценте и почках. Хотя его основная функция заключается в обеспечении этих клеток уровнями глюкозы, необходимыми для поддержки клеточного дыхания, он отвечает за транспортировку других углеводов, таких как галактоза, манноза и глюкозамин.

GLUT2

Несмотря на высокую специфичность к глюкозе, GLUT2 имеет более высокое сродство к глюкозамину. Однако он также способен транспортировать фруктозу, галактозу и маннозу в цитозоль клеток печени, поджелудочной железы и почек эпителия тонкой кишки.

GLUT3

Хотя он имеет высокое сродство к глюкозе, GLUT3 также связывает и транспортирует галактозу, маннозу, мальтозу, ксилозу и дегидроаскорбиновую кислоту с более низким сродством.

Он экспрессируется в основном в эмбриональных клетках, поэтому поддерживает непрерывный транспорт этих сахаров от плаценты ко всем клеткам плода. Кроме того, он был обнаружен в мышечных и тестикулярных клетках.

GLUT4

Он имеет высокое сродство к глюкозе и экспрессируется только в чувствительных к инсулину тканях. Следовательно, он связан с транспортом глюкозы, стимулируемым этим гормоном.

GLUT8

Он транспортирует глюкозу и фруктозу внутрь клеток печени, нервов, сердца, кишечника и жировых клеток.

GLUT9

Помимо транспортировки глюкозы и фруктозы, он имеет высокое сродство к уратам, поэтому опосредует их абсорбцию клетками почек. Однако было обнаружено, что он также экспрессируется в лейкоцитах и ​​клетках тонкого кишечника.

GLUT12

В скелетных мышцах этот транспортер перемещается к плазматической мембране в ответ на инсулин, таким образом действуя в ответных механизмах на этот гормон. Его экспрессия также была определена в клетках простаты, плаценты, почек, головного мозга и молочных желез.

GLUT13

Он осуществляет специфический сопряженный транспорт миоинозита и водорода. При этом он способствует снижению pH спинномозговой жидкости до значений, близких к 5,0, за счет нервных клеток, составляющих мозжечок, гипоталамус, гиппокамп и ствол мозга.

Ссылки

1. Августин Р. Критический обзор. Семейство белков, облегчающих транспортировку глюкозы: в конце концов, дело не только в глюкозе. МСБМБ Жизнь. 2010; 62 (5): 315-33.
2. Белл Г.И., Каяно Т., Бузе Дж.Б., Бурант К.Ф., Такеда Дж., Лин Д., Фукумото Н., Сейно С. Молекулярная биология переносчиков глюкозы у млекопитающих. Уход за диабетом. 1990; 13 (3): 198-208.
3. Castrejón V, Carbó R, Martínez M. Молекулярные механизмы, участвующие в транспорте глюкозы. РЭП. 2007; 26 (2): 49-57.
4. Joost HG, Thorens B. Расширенное семейство GLUT фасилитаторов транспорта сахара / полиола: номенклатура, характеристики последовательностей и потенциальные функции его новых членов (обзор). Mol Membr Biol.2001; 18 (4): 247-56.
5. Kinnamon SC, Finger TE. Вкус к АТФ: нейротрансмиссия во вкусовых рецепторах. Front Cell Neurosci. 2013; 7: 264.
6. Scheepers A, Schmidt S, Manolescu A, Cheeseman CI, Bell A, Zahn C., Joost HG, Schürmann A. Характеристика человеческого гена SLC2A11 (GLUT11): использование альтернативного промотора, функция, экспрессия и субклеточное распределение трех изоформ, и отсутствие ортолога мыши. Mol Membr Biol.2005; 22 (4): 339-51.
7. Шюрманн А. Взгляд на «странные» переносчики гексозы GLUT3, GLUT5 и GLUT7. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2008; 295 (2): E225-6.
8. Торенс Б., Мюклер М. Транспортеры глюкозы в 21 веке. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2010; 298 (2): E141-145.
9. Ян Х, Ван Д., Энгельстад К., Багай Л., Вей Й, Ротштейн М., Аггарвал В., Леви Б., Ма Л., Чанг В. К., Де Виво, округ Колумбия. Синдром дефицита Glut1 и анализ поглощения глюкозы эритроцитами. Энн Нейрол. 2011; 70 (6): 996-1005.