GLUT4: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

GLUT4 je 509 beljakovin transportera aminokisline, ki ima visoko afiniteto do tega sladkorja. Spada v veliko glavno družino moderatorjev (MSF), za katero je značilno, da ima 12 transmembranskih alfa vijačnic. Kot vsi člani te družine tudi ta posreduje olajšani prenos glukoze navzdol po njenem koncentracijskem gradientu.

Njegova lokacija je omejena na celice, občutljive na stimulacijo insulina, kot so adipociti in miociti. V tem smislu je GLUT4 zvezda v primarnem mehanizmu absorpcije glukoze v pogojih hiperglikemije v krvi.

GLUT4 je edini prenašalec glukoze, ki ga ureja Insulin. Avtor Meiquer, iz Wikimedia Commons.

Približno 95% GLUT4, ki ga sintetizira celica, ostane v citosolu znotraj veziklov. Ti vezikli se zlijejo s plazemsko membrano in v njih izpostavijo receptor kot odgovor na aktivacijo eksocitoze, posredovane z insulinom.

Vadba skeletnih mišic lahko tudi spodbudi preselitev tega transporterja v celično membrano, glede na veliko energijsko potrebo, ki jo imajo te celice v teh pogojih. Vendar signali, ki med dolgotrajno telesno aktivnostjo spodbujajo njegovo sintezo, še vedno niso znani.

značilnosti

Tako kot konstitutivni ekspresorski transporter GLUT1 ima tudi GLUT4 visoko afiniteto do glukoze, kar pomeni sposobnost vezave glukoze tudi, ko koncentracija tega sladkorja v krvi doseže zelo nizke vrednosti.

V nasprotju z izoformami, ki so odgovorne za transport glukoze v bazalnih pogojih (GLUT1 in GLUT3), se ta transporter ne izraža v embrionalni celični membrani.

Nasprotno, izraža se le v celicah odraslih tkiv, predvsem v obrobnih tkivih, bogatih z visoko koncentracijo rjave maščobe, kot so srce, skeletne mišice in maščobno tkivo. Odkrili pa so ga tudi v celicah hipofize in hipotalamusa.

V tem smislu je treba poudariti, da je njegova porazdelitev, omejena na celice, občutljive na nihanje koncentracij insulina, povezana z dejstvom, da predstavlja regulirano izražanje tega hormona. Druge raziskave so pokazale, da lahko krčenje mišic prav tako vpliva na izražanje tega prenašalca.

Po drugi strani pa so raziskave podceličnih lokacij pokazale, da ima GLUT2 dvojno lokacijo med citosolom in membrano. V citosolnem oddelku, kjer je najvišji odstotek, prebiva v različnih oddelkih: v trans-golgijevi mreži, zgodnjem endosomu, veziklih, ki jih klatrin pokriva ali ne, in tubulo-vezikularnih citoplazemskih strukturah.

Struktura

Kot vsi člani družine prenašalcev glukoze, ki sodelujejo pri olajšanem pasivnem transportu te heksoze (GLUTs), je tudi GLUT4 transmembranski protein α-helix.

Dvanajst transmembranskih segmentov v konfiguraciji α-vijačnice potuje v plazemskih membranah in podceličnih oddelkih (veziklih) celic, kjer se izraža GLUT 4.

Helice 3, 5, 7 in 11 so prostorsko razporejene, da povzročijo nastanek hidrofilnega kanala, skozi katerega pride tranzit monosaharida iz zunajceličnega prostora do citosola v korist koncentracijskega gradienta.

Aminski in karboksilni končni konec proteina sta usmerjena proti citoplazmi, v konformacijski konfiguraciji, ki ima za posledico tvorbo velike centralne zanke.

Območje, ki je ločeno od obeh koncev, predstavlja funkcionalno pomembno območje proteina, saj je vključeno tako v zajem in vezavo glukoze kot v odziv na signalizacijo insulina. Poleg tega, da se iz citosolnih vezikularnih oddelkov usmerja v plazemsko membrano, kjer bo opravljal svojo funkcijo prenašalca.

Kako poteka prenos glukoze skozi GLUT4?

Kot vsi člani družine prenašalcev glukoze, ki sodelujejo pri lažjem pasivnem transportu te heksoze (GLUTs), je tudi GLUT4 večpasovni transmembranski protein v α-vijačnici.

Deformacija strukture, ki jo povzroči vezava sladkorja, mobilizira vezivno mesto od zunanje matrice membrane do citosola, kjer se sprosti. Ko se to zgodi, transporter spet pridobi prvotno konformacijo, s čimer je mesto izpostavljen glukozi na zunanji strani membrane.

Lastnosti

Prenosni protein glukoze tipa GLUT4 je odgovoren za izvajanje mobilizacije glukoze iz zunajceličnega medija do citosola kot odziv na dražljaj, ki ga ustvari okrepljeno izločanje insulina v celicah, občutljivih na ta hormon, kot so tiste, ki integrirajo skeletno mišico in maščobno tkivo.

Da bi to bolje razumeli, je pomembno vedeti, da je insulin hormon, ki ga sproščajo β celice trebušne slinavke kot odziv na visoke koncentracije glukoze v krvi, ki sprožijo gibljive fiziološke mehanizme, ki spodbujajo njegovo absorpcijo s celicami in tudi sintezo glikogena.

Glede na občutljivost GLUT4 na ta hormon deluje kot glavni dejavnik primarnega regulacijskega mehanizma absorpcije glukoze. Ključno vlogo pri hitri mobilizaciji glukoze iz krvi, ko koncentracije monosaharida dosežejo zelo visoke vrednosti. Slednje je bistveno za vzdrževanje homeostaze celic.

Ta hitra absorpcija glukoze je mogoča zaradi velike afinitete, ki jo ima ta transporter do tega sladkorja. Z drugimi besedami, sposoben ga je zaznati tudi v nizkih koncentracijah, ga hitro vezati ali zajeti.

Po drugi strani pa sposobnost zaznavanja glukoze v nizkih koncentracijah razloži pomen izražanja GLUT4 v membranah skeletnih mišic med vadbo, ki ima veliko porabo energije.

Mobilizacija GLUT4 veziklov iz citosola v membrano

Mehanizem mobilizacije veziklov, ki nosijo GLUT4, na membrano. Avtor CNX OpenStax, iz Wikimedia Commons.

Če ni stimulacije inzulina, se v citoplazmo znotraj veziklov iz trans-Golgijeve mreže vgradi približno 95% GLUT4.

Ko koncentracije glukoze daleč presežejo fiziološko vrednost, se sproži signalna kaskada, ki vodi do sproščanja inzulina iz trebušne slinavke.

Sproščeni inzulin se lahko zdaj veže na inzulinski receptor, prisoten na membrani miocitov in adipocitov, tako da pošlje potrebne signale, da sproži aktivacijo eksocitoze. Slednje povzroči zlitje veziklov, ki nosijo GLUT4, s plazemsko membrano.

Ta fuzija prehodno poveča koncentracijo transporterja v membrani teh celic. Ko se raven glukoze v krvi spusti na izhodiščno vrednost, dražljaj izgine in transporter reciklira z aktiviranjem endocitoze.

Reference

1. Bryant NJ, Govers R, James DE. Reguliran transport transporta glukoze GLUT4. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002; 3 (4): 267-277.
2. Henriksen EJ. Vabljeni pregled: Učinki akutne vadbe in vadbe na odpornost na inzulin. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788–96.
3. Huang S, češki poslanec. GLUT4 transporter glukoze. Celični metab. 2007; 5 (4): 237-252.
4. Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Učinki vadbe na izražanje gena GLUT4 in glikogenina v človeških skeletnih mišicah. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794–6.
5. Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Molekularna osnova trgovine z vezivi, ki jih stimulira inzulin GLUT4. Biol Chem. 1999; 274 (5): 2593-2596.
6. Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. Receptorji inzulina in delovanje inzulina v možganih: pregled in klinične posledice. Nevroznanost in biobehevioralni pregledi. 2000; 855-872.
7. Les IS, Trayhurn P. Transporterji glukoze (GLUT in SGLT): razširjene družine beljakovin za prevoz sladkorja. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3-9, Zhao FQ, Keating AF. Funkcionalne lastnosti in genomika prenašalcev glukoze. Curr Genomics. 2007; 8 (2): 113–28.