GLUT1: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

GLUT1 е трансмембранен протеин, отговорен за улесняване на пасивния транспорт на глюкоза през плазмената мембрана, от извънклетъчното пространство в клетката.

В допълнение към глюкозата е доказано, че тя може да мобилизира и други шест въглеродни захари като галактоза, глюкозамин и маноза. От своя страна, той позволява усвояването и транспортирането на витамин С в клетки, които не са в състояние да го произведат.

Кристална структура на глюкозния транспортер GLUT1. От A2-33, от Wikimedia Commons.

Тъй като всички молекули, които се транспортират от GLUT1, участват в пътищата за генериране на енергия в клетката, експресията на този транспортер играе много важна метаболитна роля.

Всъщност мутациите, които променят или премахват експресията на функционален GLUT1, водят до появата на множество заболявания, свързани с бавно неврологично развитие и ограничен растеж на мозъка.

Пренос на глюкоза в клетки и GLUT1 транспортери

Глюкозата е предпочитаният въглерод и енергиен източник за повечето клетки, съставляващи дървото на живота. Тъй като той не е достатъчно малък и хидрофобен, за да пресича клетъчните мембрани сам по себе си, неговият транспорт в клетката изисква помощта на протеини-транспортери.

За тази захар са предложени два специфични транспортни механизма, транспортирани. Единият от тях реагира на пасивна транспортна система (улеснена дифузия), а вторият - на активна транспортна система.

Първият не изисква енергия да се извършва и се осъществява през градиент на концентрация, тоест от място с висока концентрация на глюкоза до такова, където концентрацията е по-ниска.

Активният транспорт на глюкоза се осъществява от превозвачи, които получават енергия от ко-транспорт на натриев йон.

За разлика от тях, улеснената (пасивна) дифузия на глюкозата се осъществява от семейство транспортни средства от порта, наречени GLUT (за съкращението на английски от „Glucose Transporters“), семейство, към което принадлежи GLUT1. Те свързват глюкозата от външната страна на клетката и я транспортират до цитозола. Най-малко 5 от тях са идентифицирани и изглежда разпределението им е различно в различните тъкани на бозайници.

GLUT1 функции

Транспортен механизъм, използван от глюкозния транспортер GLUT1. От Ема Дитмар - Собствена работа, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT1 е универсален преносител на глюкоза, тоест способен да извършва транспортирането на глюкоза само в една посока, отвън на клетката до цитозола.

Принадлежи към суперсемейството на улеснения дифузия (MSF), което е широко разпространено в много различни организми. Той също така участва в трансмембранния транспорт на голям брой малки органични молекули.

Пептидната му последователност от 492 аминокиселини е силно запазена в различните организми, където е идентифицирана, което не е трудно да се повярва, като се има предвид, че използването на глюкоза за производство на енергия представлява център на метаболитното дърво на живота.

GLUT 1 структура

GLUT1 е интегрален мултипас мембранен протеин, съставен от 492 аминокиселинни остатъка. Този тип интегрален мембранен протеин се характеризира с кръстосване на липидния двуслоен многократно.

Триизмерната химическа структура на протеините обикновено се определя чрез рентгенова кристалография, която е широко използвана от биохимиците за реконструиране на структурен модел, използвайки чисти кристали на протеина, който трябва да бъде изследван.

При високо консервирани протеини като GLUT1, определянето на протеиновата структура на един организъм може да е достатъчно. Именно поради тази причина изследователите засега определят кристалната структура на GLUT1 на мутанта E3229.

Както във всички останали членове на основната фамилиантна надсемейство (MSF), структурата на GLUT1 е представена от 12 трансмембранни спирали.

Освен това, в GLUT1 E3229, амино и карбоксилните термини на пептида са псевдосиметрични и са ориентирани към цитозола. Подреждането на тези краища създава джоб или кухина, които са отворени вътре в клетката и представляват мястото на свързване на глюкозата.

Промяната в структурата на GLUT1 определя транспорта на глюкоза в клетката

Тъй като глюкозата обикновено се транспортира отвън към вътрешността на клетката, констатацията, че мястото за свързване на тази захар е ориентирано към цитозола, предизвиква известно объркване.

Това объркване обаче намира решение в резултатите от биохимичните изследвания, които предполагат, че настъпва промяна във формата на протеина, което позволява мястото на свързване с глюкоза да бъде изложено първо от едната страна на мембраната, а след това от другата.

Това не означава, че протеинът се върти през мембраната, а по-скоро, че свързването на захарта въвежда промяната по начин, който като порта излага глюкозата във вътрешността.

GLUT 1 Характеристики

Тъй като GLUT1 е конститутивен преносител на експресия, тоест той винаги се експресира в повечето клетки на бозайници, функциите, които изпълнява, са жизненоважни за тези клетки. В действителност той се изразява в почти всички тъкани на плода именно защото е необходимо голямо количество енергия по време на фазите на развитие, за да се осигури растеж.

Експресията му обаче се намалява след раждането в някои тъкани като черния дроб, където експресията на други изоформи като GLUT4 сега се увеличава.

За еритроцитите е от основно значение, тъй като последните зависят изключително от глюкозата за енергия, тъй като им липсва митохондрия. Въпреки това, тя все още е отговорна за усвояването на глюкозата, за да подпомогне дишането при други видове клетки.

Тъй като GLUT1 достига висока концентрация в съдовите ендотелни клетки на много органи и тъкани, една от неговите функции е да пренася глюкоза от кръвта.

Транспортирането на други хексози като маноза, галактоза и глюкозамин от GLUT1 не поставя под съмнение пряката му връзка с енергийния метаболизъм, тъй като АТФ може да се генерира от всички тези хексози.

Освен това приемането и транспортирането на витамин С в клетки, които не са в състояние да го синтезират, също е била една от функциите, докладвани за този повсеместен рецептор.

Препратки

1. Chen LY, Phelix CF. Извънклетъчна решетка на глюкозен транспорт чрез GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019; 511 (3): 573-578.
2. Cunningham P, Naftalin RJ. последствия от отклоняващ се от температурата чувствителен транспорт на глюкоза чрез мутант за дефицит на глюкозен транспортер (GLUT1DS) T295M за моделите за транспортиране с променлив достъп и фиксирана площадка. J Membr Biol. 2013; 246 (6): 495-511.
3. Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. Кристална структура на човешкия глюкозен транспортер GLUT1. Nature. 2014; 510 (7503): 121-125.
4. Deng D, Yan N. Кристализация и структурно определяне на човешките преносители на глюкоза GLUT1 и GLUT3. Методи Mol Biol. 2018; 1713: 15-29.
5. Fu X, Zhang G, Liu R, Wei J, Zhang-Negrerie D, Jian X, Gao Q. Механично проучване на транспорта на човешка глюкоза, медиирано от GLUT1. J Chem Inf Model. 2016; 56 (3): 517-526.
6. Mueckler M, Makepeace C. Анализ на трансмембранен сегмент 8 на глюкозния транспортер GLUT1 чрез мутагенеза на сканиране на цистеин и заместена достъпност до цистеин. J Biol Chem. 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. Филип Л. Глава 13 - Мембранен транспорт. Мембраните на клетките (трето издание). 2016, стр. 335-378.
8. Simmons R. Транспорт на клетъчна глюкоза и боравене с глюкоза по време на развитието на плода и новороденото. Фетална и неонатална физиология (пето издание). 2017; 1 стр. 428-435.