GLUT1: CHARAKTERISTIKOS, STRUKTŪRA, FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

GLUT1 yra transmembraninis baltymas, atsakingas už pasyvaus gliukozės transportavimą per plazmos membraną iš tarpląstelinės erdvės į ląstelę.

Be gliukozės, įrodyta, kad jis gali mobilizuoti ir kitus šešis anglies cukrų, tokius kaip galaktozė, gliukozaminas ir manozė. Savo ruožtu tai leidžia įsisavinti ir pernešti vitaminą C į ląsteles, kurios nesugeba jo gaminti.

Gliukozės nešiklio GLUT1 kristalinė struktūra. Autorius: A2-33, iš „Wikimedia Commons“.

Kadangi visos molekulės, kurias transportuoja GLUT1, dalyvauja energijos generavimo keliuose ląstelėje, šio nešiklio ekspresija vaidina labai svarbų metabolinį vaidmenį.

Tiesą sakant, mutacijos, pakeičiančios ar panaikinančios funkcinio GLUT1 raišką, sukelia daugybę ligų, susijusių su lėtu neurologiniu vystymusi ir ribotu smegenų augimu.

Gliukozės transportavimas ląstelėse ir GLUT1 pernešėjai

Gliukozė yra svarbiausias anglies ir energijos šaltinis daugeliui ląstelių, sudarančių gyvybės medį. Kadangi jis nėra pakankamai mažas ir hidrofobinis, kad pats galėtų kirsti ląstelių membranas, jo transportavimui į ląstelę reikia transporterių baltymų pagalbos.

Šiam cukrui buvo pasiūlyti du konkretūs pervežimo tarpininkai. Vienas iš jų reaguoja į pasyvią transportavimo sistemą (palengvintą sklaidą), o antrasis - į aktyvią transportavimo sistemą.

Pirmajam nereikia energijos vykdyti ir jis vyksta per koncentracijos gradientą, tai yra, iš didelės gliukozės koncentracijos vietos į tą vietą, kur koncentracija yra mažesnė.

Aktyvų gliukozės transportavimą vykdo transporteriai, gaunantys energiją iš bendro natrio jonų transportavimo.

Atvirkščiai, palengvintą (pasyvų) gliukozės difuziją vykdo vartų tipo transporterių šeima, vadinama GLUT (angliškai „Glucose Transporters“ santrumpa), kuriai priklauso GLUT1. Jie suriša gliukozę ląstelės išorėje ir perneša ją į citozolį. Mažiausiai 5 iš jų buvo nustatyti ir, atrodo, kad jų pasiskirstymas skirtinguose žinduolių audiniuose yra skirtingas.

GLUT1 savybės

Gliukozės pernešėjo GLUT1 naudojamas transportavimo mechanizmas. Autorius Emma Dittmar - Nuosavas darbas, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT1 yra nešiojamas gliukozės pernešėjas, tai yra, galintis pernešti gliukozę tik viena kryptimi iš ląstelės išorės į citozolį.

Jis priklauso palengvintos difuzijos pernešėjo (MSF) superšeimai, kuri yra plačiai paplitusi daugelyje skirtingų organizmų. Jis taip pat dalyvauja daugybės mažų organinių molekulių pernešime.

Jo peptidinė 492 aminorūgščių seka yra labai konservuota skirtinguose organizmuose, kur ji buvo nustatyta. Tai nėra sunku patikėti, atsižvelgiant į tai, kad gliukozės panaudojimas energijai gaminti yra metabolinio gyvenimo medžio centras.

GLUT 1 struktūra

GLUT1 yra vientisas daugkartinis membraninis baltymas, sudarytas iš 492 aminorūgščių liekanų. Šis integruotos membranos baltymo tipas pasižymi tuo, kad kelis kartus peržengia lipidų dvisluoksnį sluoksnį.

Trimatė baltymų cheminė struktūra paprastai nustatoma atliekant rentgeno kristalografiją, kuri yra biochemikų plačiai naudojama priemonė rekonstruoti struktūrinį modelį, naudojant grynus tiriamo baltymo kristalus.

Labai konservuotuose baltymuose, pavyzdžiui, GLUT1, gali pakakti nustatyti vieno organizmo baltymų struktūrą. Būtent dėl ​​šios priežasties tyrėjai iki šiol nustatė E3229 mutanto GLUT1 kristalų struktūrą.

Kaip ir visuose kituose pagrindinio pagalbininkų superšeimos (MSF) nariuose, GLUT1 struktūrą atspindi 12 transmembraninių spiralių.

Be to, GLUT1 E3229 peptido amino ir karboksilo galai yra pseudo-simetriški ir orientuoti į citozolį. Šių galų išdėstymas sukuria kišenę ar ertmę, kuri yra atidaryta ląstelės viduje ir yra gliukozės surišimo vieta.

GLUT1 struktūros pasikeitimas lemia gliukozės transportavimą į ląstelę

Kadangi gliukozė paprastai gabenama iš ląstelės vidaus į vidų, išvados, kad šio cukraus surišimo vieta yra nukreipta į citozolį, sukelia tam tikrą painiavą.

Tačiau ši painiava randa sprendimą biocheminių tyrimų rezultatuose, kurie leidžia manyti, kad pasikeičia baltymo forma, leidžianti gliukozės surišimo vietą pirmiausia atidengti vienoje membranos pusėje, o paskui - kitoje.

Tai nereiškia, kad baltymai sukasi per membraną, bet tai, kad cukraus surišimas įveda pokyčius tokiu būdu, kuris, kaip vartai, išleidžia gliukozę į vidų.

1 GLUT savybės

Kadangi GLUT1 yra konstitucinis ekspresijos nešiotojas, tai yra, jis visada ekspresuojamas daugumoje žinduolių ląstelių, jo atliekamos funkcijos yra gyvybiškai svarbios šioms ląstelėms. Tiesą sakant, jis yra išreikštas beveik visuose vaisiaus audiniuose būtent todėl, kad vystymosi fazėse augimui užtikrinti reikalingas didelis energijos tiekimas.

Tačiau kai kuriuose audiniuose, pavyzdžiui, kepenyse, jo išraiška sumažėja po gimimo, kur dabar padidėja kitų izoformų, tokių kaip GLUT4, ekspresija.

Eritrocitams tai yra nepaprastai svarbu, nes pastarieji energijai gauti priklauso tik nuo gliukozės, nes jiems trūksta mitochondrijų. Tačiau ji vis dar yra atsakinga už gliukozės pasisavinimą, kad galėtų palaikyti kvėpavimą likusioms ląstelių rūšims.

Kadangi GLUT1 pasiekia didelę koncentraciją daugelio organų ir audinių kraujagyslių endotelio ląstelėse, viena iš jo funkcijų yra nešti gliukozę iš kraujo.

Kitų heksozių, tokių kaip manozė, galaktozė ir gliukozaminas, gabenimas GLUT1 nekelia abejonių dėl jo tiesioginio ryšio su energijos apykaita, nes ATP gali būti generuojamas iš visų šių heksozių.

Be to, vitamino C pasisavinimas ir pernešimas į ląsteles, nesugebančias jo susintetinti, taip pat buvo viena iš funkcijų, apie kurias pranešta šiam visur esančiam receptoriui.

Nuorodos

1. Chen LY, „Phelix CF“. Tarpląstelinis gliukozės pernešimas per GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019 m .; 511 (3): 573-578.
2. „Cunningham P“, „Naftalin RJ“. pakitusių temperatūrai jautrių gliukozės pernešimų per gliukozės pernešėjo trūkumo mutantą (GLUT1DS) T295M variantai pakaitinės prieigos ir fiksuotosios vietos transportavimo modeliams. J Membr Biol., 2013; 246 (6): 495–511.
3. Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. Žmogaus gliukozės pernešėjo GLUT1 kristalinė struktūra. Gamta. 2014; 510 (7503): 121–125.
4. Dengas D, Yan N. Žmogaus gliukozės nešiklių GLUT1 ir GLUT3 kristalizavimas ir struktūrinis nustatymas. Metodai Mol Biol., 2018; 1713: 15–29.
5. Fu X, Zhang G, Liu R, Wei J, Zhang-Negrerie D, Jian X, Gao Q. Žmogaus gliukozės pernešimo mechanistinis tyrimas, tarpininkaujamas GLUT1. „J Chem Inf“ modelis. 2016; 56 (3): 517-526.
6. Mueckler M, Makepeace C. GLUT1 gliukozės pernešėjo 8 transmembraninio segmento analizė atliekant cisteino skenavimo mutagenezę ir pakeistą cisteino prieinamumą. J Biol Chem., 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. Philipas L. 13 skyrius. Membraninis transportas. Ląstelių membranos (trečiasis leidimas). 2016, p. 335-378.
8. Simmonsas R. Ląstelių gliukozės transportavimas ir apdorojimas gliukoze vaisiaus ir naujagimio vystymosi metu. Vaisiaus ir naujagimio fiziologija (penktasis leidimas). 2017; 1 p. 428-435.