GLUT1: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2024

GLUT1 je transmembranski protein, ki je odgovoren za olajšanje pasivnega prenosa glukoze po plazemski membrani iz zunajceličnega prostora v celico.

Poleg glukoze se je pokazalo, da lahko mobilizira tudi drugih šest ogljikovih sladkorjev, kot so galaktoza, glukozamin in manoza. Po drugi strani omogoča vnos in transport vitamina C v celice, ki ga ne morejo proizvesti.

Kristalna struktura transportera glukoze GLUT1. Avtor A2-33, iz Wikimedia Commons.

Ker so vse molekule, ki jih prenaša GLUT1, vključene v poti ustvarjanja energije v celici, ima izražanje tega transporterja zelo pomembno presnovno vlogo.

V bistvu mutacije, ki spremenijo ali ukinejo izražanje funkcionalnega GLUT1, povzročijo pojav številnih bolezni, povezanih s počasnim nevrološkim razvojem in omejeno rastjo možganov.

Transport glukoze v celicah in GLUT1 transporterji

Glukoza je najboljši vir ogljika in energije za večino celic, ki sestavljajo drevo življenja. Ker ni dovolj majhen in hidrofoben, da sam prečka celične membrane, njegov transport v celico potrebuje pomoč beljakovin transporterjev.

Za ta sladkor sta predlagana dva posebna mehanizma za prevoz, ki jih posreduje prevoznik. Eden od njih se odziva na pasivni prometni sistem (olajšana difuzija), drugi pa na aktivni transportni sistem.

Prvi ne zahteva, da se energija izvaja in nastane skozi koncentracijski gradient, to je od mesta z visoko koncentracijo glukoze do mesta, kjer je koncentracija nižja.

Aktivni transport glukoze izvajajo prevozniki, ki pridobivajo energijo s sočasnim transportom natrijevih ionov.

V nasprotju s tem pa olajšano (pasivno) difuzijo glukoze izvaja družina prevoznikov vrat, imenovanih GLUT (v angleščini kratica "Glucose Transporter"), družina, ki ji GLUT1 pripada. Te vežejo glukozo na zunanji strani celice in jo prenašajo do citosola. Ugotovljenih je bilo vsaj 5 od njih in zdi se, da je njihova porazdelitev v različnih tkivih sesalcev drugačna.

GLUT1 funkcije

Transportni mehanizem, ki ga uporablja transporter glukoze GLUT1. Avtorica Emma Dittmar - Lastno delo, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT1 je uniporterski transporter glukoze, torej sposoben izvesti transport glukoze samo v eni smeri, od zunaj celice do citosola.

Spada v superfamilijo olajšane difuzije (MSF), ki je široko razširjena v številnih različnih organizmih. Sodeluje tudi pri transmembranskem transportu velikega števila majhnih organskih molekul.

Njegovo peptidno zaporedje 492 aminokislin je zelo ohranjeno v različnih organizmih, kjer je bilo ugotovljeno, kar ni težko verjeti, saj je uporaba glukoze za pridobivanje energije središče metaboličnega drevesa življenja.

GLUT 1 struktura

GLUT1 je integralni večpasovni membranski protein, sestavljen iz 492 aminokislinskih ostankov. Za to vrsto integralnega membranskega proteina je značilno, da večkratno križanje lipidnega dvosloja.

Tridimenzionalna kemijska struktura beljakovin se na splošno določi z rentgensko kristalografijo, slednja pa je tehnika, ki jo biokemiki široko uporabljajo za rekonstrukcijo strukturnega modela z uporabo čistih kristalov beljakovin, ki jih bodo preučevali.

V visoko ohranjenih beljakovinah, kot je GLUT1, je morda dovolj določitev strukture beljakovin v enem samem organizmu. Zaradi tega so raziskovalci do zdaj določili GLUT1 kristalno strukturo mutanta E3229.

Kot v vseh drugih članih glavne družine velikega spodbujevalnika (MSF), je struktura GLUT1 predstavljena z 12 transmembranskih vijačnic.

Poleg tega sta v GLUT1 E3229 amino in karboksilni terminalni konci peptida psevdo simetrični in usmerjeni proti citosolu. Razporeditev teh koncev ustvari žep ali votlino, ki je odprta znotraj celice in je vezno mesto za glukozo.

Sprememba strukture GLUT1 določa transport glukoze v celico

Ker se glukoza na splošno prenaša od zunaj v notranjost celice, ugotovitev, da je mesto vezave tega sladkorja usmerjeno proti citosolu, povzroča nekaj zmede.

Vendar ta zmeda najde rešitev v rezultatih biokemijskih raziskav, ki kažejo, da se spremeni oblika proteina, kar omogoča, da je mesto vezave na glukozo izpostavljeno najprej na eni strani membrane in nato na drugi.

To ne pomeni, da se protein vrti skozi membrano, temveč da vezava sladkorja vnese spremembo na način, da podobno kot vrata odpre glukozo v notranjost.

GLUT 1 Funkcije

Ker je GLUT1 konstitutivni transporter ekspresije, to je, da se vedno izraža v večini celic sesalcev, so funkcije, ki jih opravlja, ključne za te celice. Pravzaprav se izrazi v skoraj vseh tkivih ploda ravno zato, ker je med razvojnimi fazami potrebna velika zaloga energije, da se zagotovi rast.

Vendar se njegova ekspresija po rojstvu zmanjša v nekaterih tkivih, kot so jetra, kjer je zdaj izražanje drugih izoform, kot je GLUT4.

Za eritrocite je temeljnega pomena, saj so slednji energijsko odvisni izključno od glukoze, saj jim primanjkuje mitohondrijev. Vendar je še vedno odgovorna za vnos glukoze, ki podpira dihanje pri drugih vrstah celic.

Ker GLUT1 doseže visoko koncentracijo v vaskularnih endotelijskih celicah mnogih organov in tkiv, je ena od njegovih funkcij prenašanje glukoze iz krvi.

Prevoz drugih heksoz, kot so manoza, galaktoza in glukozamin z GLUT1, ne postavlja pod vprašaj njegove neposredne povezave z energijskim metabolizmom, saj lahko ATP nastane iz vseh teh heksoz.

Poleg tega je bil vnos in prevoz vitamina C v celice, ki ga ni mogoče sintetizirati, tudi ena od funkcij, o katerih je poročal vseprisotni receptor.

Reference

1. Chen LY, Phelix CF. Zunajcelično cepivo transporta glukoze skozi GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019; 511 (3): 573–578.
2. Cunningham P, Naftalin RJ. posledice odstopanja temperaturno občutljivega prenosa glukoze preko mutanta primanjkljaja prenašalca glukoze (GLUT1DS) T295M za modele z alternativnim dostopom in prevozom na fiksnem mestu. J Membr Biol. 2013; 246 (6): 495-511.
3. Deng D, Xu C, Sonce P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. Kristalna struktura človeškega prenašalca glukoze GLUT1. Narava. 2014; 510 (7503): 121-125.
4. Deng D, Yan N. Kristalizacija in strukturno določanje človeških prenašalcev glukoze GLUT1 in GLUT3. Metode Mol Biol. 2018; 1713: 15–29.
5. Fu X, Zhang G, Liu R, Wei J, Zhang-Negrerie D, Jian X, Gao Q. Mehanska študija transporta glukoze v človeku, posredovana s GLUT1. J Chem Inf Model. 2016; 56 (3): 517-526.
6. Mueckler M, Makepeace C. Analiza transmembranskega segmenta 8 transporterja glukoze GLUT1 s pomočjo mutageneze s skeniranjem cisteina in substituirane dostopnosti cisteina. J Biol Chem. 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. Philip L. Poglavje 13 - Membranski transport. Membrane celic (tretja izdaja). 2016, str 335-378.
8. Simmons R. Transport celične glukoze in ravnanje z glukozo med razvojem ploda in novorojenčka. Fetalna in neonatalna fiziologija (peta izdaja). 2017; 1 str. 428-435.