GLUT4: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

GLUT4 е 509 аминокиселина преносител на глюкоза, който има висок афинитет към тази захар. Принадлежи към голямата основна суперсемейство на фасилитаторите (MSF), характеризираща се с това, че има 12 трансмембранни алфа спирали. Подобно на всички членове на това семейство, той посредничи за улеснения транспорт на глюкоза надолу по нейния градиент на концентрация.

Местоположението му е ограничено до клетки, чувствителни към стимулиране на инсулин, като адипоцити и миоцити. В този смисъл GLUT4 участва в основния механизъм на абсорбция на глюкоза при условия на хипергликемия в кръвта.

GLUT4 е единственият преносител на глюкоза, регулиран от Инсулин. От Meiquer, от Wikimedia Commons.

Приблизително 95% от синтезиран от клетката GLUT4 остава в цитозола вътре във везикулите. Тези везикули се сливат с плазмената мембрана, излагайки рецептора в тях в отговор на активирането на инсулин-медиираната екзоцитоза.

Упражнението на скелетните мускули също е способно да насърчи преместването на този транспортер в клетъчната мембрана, като се има предвид високото потребление на енергия, което тези клетки имат при тези условия. Сигналите, които стимулират синтеза му при продължителна физическа активност обаче, все още са неизвестни.

характеристики

Подобно на конститутивния експресионен GLUT1, GLUT4 има висок афинитет към глюкозата, което се превръща в способност за свързване на глюкоза, дори когато концентрацията на тази захар в кръвта достигне много ниски стойности.

За разлика от изоформите, отговорни за транспортирането на глюкоза при базални условия (GLUT1 и GLUT3), този транспортер не се експресира в ембрионалната клетъчна мембрана.

Напротив, той се експресира само в клетките на възрастни тъкани, главно в периферните тъкани, богати на високи концентрации на кафява мазнина, като сърцето, скелетната мускулатура и мастната тъкан. Той обаче е открит и в клетките на хипофизата и хипоталамуса.

В този смисъл е важно да се подчертае, че неговото разпределение, ограничено до клетки, чувствителни към вариации в концентрациите на инсулин, е свързано с факта, че той представлява регулирана експресия от този хормон. Други изследвания показват, че свиването на мускулите също е в състояние да окаже регулаторен ефект върху експресията на този транспортер.

От друга страна, изследванията на междуклетъчните локализации показват, че GLUT2 има двойно местоположение между цитозола и мембраната. В цитозолното отделение, където се намира най-високият процент, той се намира в различни отделения: в транс-голджи мрежата, ранната ендозома, везикулите, покрити или не от клатрин, и тубуло-везикуларни цитоплазмени структури.

структура

Подобно на всички членове на семейството на глюкозни преносители, участващи в улеснения пасивен транспорт на тази хексоза (GLUTs), GLUT4 е α-спирална мултипас трансмембранен протеин.

12 трансмембранни сегмента в α-спирална конфигурация кръстосват плазмените мембрани и субклетъчните отделения (везикули) на клетките, където GLUT 4 се експресира.

Хелиците 3, 5, 7 и 11 са разпределени пространствено, за да се образува хидрофилен канал, през който преминава транзитът на монозахарида от извънклетъчното пространство към цитозола в полза на концентрационен градиент.

Амино и карбоксилните крайни краища на протеина са ориентирани към цитоплазмата, в конформационна конфигурация, която води до образуването на голям централен контур.

Областта, обозначена от двата края, представлява функционално важен регион на протеина, тъй като той участва както в усвояването и свързването на глюкозата, така и в отговора на инсулиновата сигнализация. В допълнение към насочването си от цитозолните везикуларни отделения към плазмената мембрана, където той ще упражнява функцията си на преносител.

Как се осъществява транспортирането на глюкоза чрез GLUT4?

Подобно на всички членове на семейството на глюкозни преносители, участващи в улеснения пасивен транспорт на тази хексоза (GLUTs), GLUT4 е мултипасов трансмембранен протеин в α-спирала.

Деформация на структурата, индуцирана от свързването на захарта, мобилизира мястото на свързване от външната матрица на мембраната към цитозола, където се освобождава. След като това се случи, транспортьорът придобива първоначалната си конформация отново, като по този начин излага мястото на глюкоза от външната страна на мембраната.

Характеристика

Глюкозният транспортен протеин от типа GLUT4 е отговорен за осъществяването на мобилизация на глюкоза от извънклетъчната среда към цитозола, в отговор на стимула, генериран от засилената секреция на инсулин в клетки от тъкани, чувствителни към този хормон, като тези, които те интегрират скелетния мускул и мастната тъкан.

За да разберем по-добре това, важно е да запомним, че инсулинът е хормон, който се отделя от β клетките на панкреаса в отговор на високи концентрации на глюкоза в кръвта, като задейства в движение физиологични механизми, които насърчават абсорбцията му от клетките, както и синтеза на гликоген.

Предвид чувствителността на GLUT4 към този хормон, той действа като главен герой на основния регулаторен механизъм на абсорбцията на глюкоза. Играе ключова роля в бързата мобилизация на глюкоза от кръвта, когато концентрациите на монозахариди достигнат много високи стойности. Последното е от съществено значение за поддържане на клетъчната хомеостаза.

Това бързо усвояване на глюкозата става възможно поради високия афинитет, който този преносител има към тази захар. С други думи, той е в състояние да го открие дори при ниски концентрации, бързо го свързва или улавя.

От друга страна, способността за откриване на глюкоза в ниски концентрации обяснява значението на експресията на GLUT4 в мембраните на скелетните мускули по време на тренировка, дейност, която има голямо потребление на енергия.

Мобилизиране на GLUT4 везикули от цитозола към мембраната

Механизъм на мобилизиране на GLUT4 носители на мембраната. От CNX OpenStax, от Wikimedia Commons.

При липса на инсулинова стимулация, около 95% от GLUT4 се рекрутира в цитоплазмата в рамките на везикули от мрежата на транс Голджи.

Когато концентрациите на глюкоза далеч надхвърлят физиологичната стойност, се задейства сигнална каскада, която води до отделяне на инсулин от панкреаса.

Освободеният инсулин вече е в състояние да се свърже с инсулиновия рецептор, присъстващ на мембраната на миоцитите и адипоцитите, като изпраща необходимите сигнали за задействане на активирането на екзоцитозата. Последното води до сливане на везикули, носещи GLUT4, с плазмената мембрана.

Това сливане преходно увеличава концентрацията на транспортера в мембраната на тези клетки. Тоест, след като нивата на кръвната захар паднат до изходните стойности, стимулът изчезва и транспортиращият се рециклира чрез активиране на ендоцитозата.

Препратки

1. Брайънт Ню Джърси, Govers R, Джеймс DE. Регулиран транспорт на глюкозен транспортер GLUT4. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002; 3 (4): 267-277.
2. Henriksen EJ. Поканен преглед: Ефекти от остри упражнения и тренировъчни упражнения върху инсулинова резистентност J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788-96.
3. Хуанг S, чешки депутат. Глюкозният транспортер GLUT4. Cell Metab. 2007; 5 (4): 237-252.
4. Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Ефекти от упражнения върху GLUT4 и експресията на глюкогенин в скелетния мускул на човека. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
5. Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Молекулна основа на инсулин-стимулиран трафик на везикули GLUT4. Biol Chem. 1999; 274 (5): 2593-2596.
6. Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. Инсулинови рецептори и инсулиново действие в мозъка: преглед и клинични последици. Прегледи за невронауката и биобихевиоралността. 2000; 855-872.
7. Wood IS, Trayhurn P. Транспортер на глюкоза (GLUT и SGLT): разширени семейства на протеини за транспорт на захар. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3-9. Zhao FQ, Keating AF. Функционални свойства и геномика на глюкозните транспортери. Curr Genomics. 2007; 8 (2): 113-28.