GLUT4: CHARAKTERISTIKOS, STRUKTŪRA, FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

GLUT4 yra 509 aminorūgščių gliukozės transportavimo baltymas, pasižymintis dideliu afinitetu šiam cukrui. Jis priklauso didžiajai pagrindinei pagalbininkų šeimai (MSF), kuriai būdinga 12 transmembraninių alfa spiralių. Kaip ir visi šios šeimos nariai, jis tarpininkauja palengvindamas gliukozės pernešimą žemyn iki koncentracijos gradiento.

Jo vieta apribota ląstelėms, jautrioms insulino stimuliacijai, tokioms kaip adipocitai ir miocitai. Šia prasme GLUT4 yra pagrindinis gliukozės absorbcijos mechanizmas, esant hiperglikemijai kraujyje.

GLUT4 yra vienintelis gliukozės pernešėjas, reguliuojamas insulino. Autorius: Meiquer, iš „Wikimedia Commons“.

Maždaug 95% ląstelės sintezuoto GLUT4 lieka pūslelių citozolyje. Šios pūslelės susilieja su plazmos membrana, atidengdamos jose esančius receptorius, reaguodamos į insulino sukeltos egzocitozės aktyvaciją.

Skeleto raumenų mankšta taip pat gali skatinti šio pernešėjo perkėlimą į ląstelės membraną, atsižvelgiant į didelį šių ląstelių energijos poreikį tokiomis sąlygomis. Tačiau signalai, kurie stimuliuoja jo sintezę ilgo fizinio krūvio metu, vis dar nežinomi.

charakteristikos

Kaip ir konstitucinis ekspresijos pernešėjas GLUT1, GLUT4 turi didelį afinitetą gliukozei, o tai reiškia, kad jis gali surišti gliukozę net tada, kai šio cukraus koncentracija kraujyje pasiekia labai mažas vertes.

Priešingai nei izoformos, atsakingos už gliukozės pernešimą bazinėmis sąlygomis (GLUT1 ir GLUT3), šis transporteris nėra ekspresuojamas embriono ląstelių membranoje.

Priešingai, jis ekspresuojamas tik suaugusių audinių ląstelėse, daugiausia periferiniuose audiniuose, kuriuose gausu didelių rudųjų riebalų koncentracijų, pavyzdžiui, širdyje, griaučių raumenyse ir riebaliniame audinyje. Tačiau jis taip pat buvo aptiktas hipofizės ir pagumburio ląstelėse.

Šia prasme svarbu pabrėžti, kad jo pasiskirstymas ląstelėms, jautrioms insulino koncentracijos pokyčiams, yra susijęs su tuo, kad jis reguliuoja šio hormono išraišką. Kiti tyrimai parodė, kad raumenų susitraukimas taip pat gali daryti norminį poveikį šio pernešėjo raiškai.

Kita vertus, tarpląstelinės vietos tyrimai parodė, kad GLUT2 turi dvigubą vietą tarp citozolio ir membranos. Citozoliniame skyriuje, kuriame yra didžiausias procentas, jis yra įvairiuose skyriuose: transgolgi tinkle - ankstyvojoje endosomoje, pūslelėse, kurias dengia klatrinas arba nėra jų, ir tubulo-vezikulinėse citoplazminėse struktūrose.

Struktūra

Kaip ir visi gliukozės pernešėjų šeimos nariai, palengvinantys pasyvų šios heksozės (GLUT) gabenimą, GLUT4 yra α-spiralės daugiatapis transmembraninis baltymas.

12 transmembraninių α-spiralės segmentų kerta ląstelių plazmines membranas ir tarpląstelinius skyrius (pūsleles), kuriuose yra išreikštas GLUT 4.

3, 5, 7 ir 11 helicos yra paskirstomos erdviniu būdu, kad susidarytų hidrofilinis kanalas, per kurį monosacharidas pereina iš tarpląstelinės erdvės į citozolį koncentracijos gradiento naudai.

Baltymo amino ir karboksilo galiniai galai yra orientuoti į citoplazmą, esant tokiai konfigūracinei konfigūracijai, kad susidaro didelė centrinė kilpa.

Plotas, kurį riboja abu galai, žymi funkciniu požiūriu svarbų baltymo regioną, nes jis yra susijęs ir su gliukozės įsisavinimu, ir surišimu, ir sureagavimu į signalą apie insuliną. Be to, kad jis nukreipia iš citozolinių vezikulinių skyrių į plazmos membraną, kur jis atliks savo kaip transporterio funkciją.

Kaip vyksta gliukozės transportavimas per GLUT4?

Kaip ir visi gliukozės pernešėjų šeimos nariai, palengvinantys pasyvų šios heksozės (GLUT) transportavimą, GLUT4 yra daugiavaisis transmembraninis baltymas α-spiralėje.

Cukraus surišimo sukelta struktūros deformacija mobilizuoja surišimo vietą iš išorinio membranos štampo į citozolį, kur jis išsiskiria. Tai įvykus, pernešėjas vėl įgyja pradinę konformaciją ir taip apsaugo vietą nuo gliukozės membranos išorėje.

funkcijos

GLUT4 tipo gliukozės transportavimo baltymas yra atsakingas už gliukozės mobilizavimą iš tarpląstelinės terpės į citozolį, reaguojant į stimulą, kurį sukelia padidėjęs insulino sekrecija audiniams, jautriems šiam hormonui, pvz., jie integruoja griaučių raumenis ir riebalinį audinį.

Norint geriau tai suprasti, svarbu atsiminti, kad insulinas yra hormonas, kurį išskiria kasos β ląstelės, reaguodamos į didelę gliukozės koncentraciją kraujyje, sukurdami fiziologinius mechanizmus, skatinančius jo absorbciją ląstelėse, taip pat glikogeno sintezę.

Atsižvelgiant į GLUT4 jautrumą šiam hormonui, jis veikia kaip pagrindinis gliukozės absorbcijos reguliavimo mechanizmas. Svarbus vaidmuo greitai mobilizuojant gliukozę iš kraujo, kai monosacharidų koncentracija pasiekia labai dideles reikšmes. Pastarasis yra būtinas norint palaikyti ląstelių homeostazę.

Šis greitas gliukozės pasisavinimas įmanomas dėl didelio afinizmo, kurį šis pernešėjas turi šiam cukrui. Kitaip tariant, jis sugeba jį aptikti net esant mažoms koncentracijoms, greitai surišti ar užfiksuoti.

Kita vertus, gebėjimas aptikti mažą gliukozės koncentraciją paaiškina GLUT4 ekspresijos svarbą skeleto raumenų membranose mankštos metu - tai veikla, kuriai reikalingas didelis energijos poreikis.

GLUT4 pūslelių mobilizavimas iš citozolio į membraną

GLUT4 turinčių pūslelių mobilizacijos į membraną mechanizmas. Autorius: CNX OpenStax, iš „Wikimedia Commons“.

Nesant stimuliuojamos insulino, apie 95% GLUT4 yra įtraukiama į citoplazmą pūslelėse iš trans-Golgi tinklo.

Kai gliukozės koncentracija žymiai viršija fiziologinę vertę, suveikia signalizacijos kaskados procesas, dėl kurio insulinas iš kasos išsiskiria.

Išsiskyręs insulinas dabar gali prisijungti prie insulino receptorių, esančių miocitų ir adipocitų membranose, siunčiant reikiamus signalus, kad suaktyvintų egzocitozę. Pastaroji sąlygoja GLUT4 turinčių pūslelių susiliejimą su plazmos membrana.

Ši jungtis laikinai padidina transporterio koncentraciją šių ląstelių membranoje. T. y., Kai gliukozės kiekis kraujyje nukrenta iki pradinio lygio, dirgiklis išnyksta ir transporteris perdirbama aktyvuojant endocitozę.

Nuorodos

1. Bryantas NJ, „Govers R“, Jamesas DE. Reguliuojamas gliukozės nešiklio GLUT4 gabenimas. „Nat Rev Mol Cell Biol“, 2002; 3 (4): 267-277.
2. Henriksenas EJ. Pakviesta apžvalga: Ūmaus mankštos ir mankštos treniruotės poveikis atsparumui insulinui. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788–96.
3. Huang S, Čekijos parlamento narys. Gliukozės pernešėjas GLUT4. Ląstelių apykaita. 2007; 5 (4): 237-252.
4. Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Mankštos poveikis GLUT4 ir glikogenino genų ekspresijai žmogaus skeleto raumenyse. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
5. Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Insulino stimuliuojamos GLUT4 pūslelių apyvartos molekuliniai pagrindai. Biol Chem., 1999; 274 (5): 2593–2596.
6. „Schulingkamp RJ“, „Pagano TC“, „Hung D“, „Raffa RB“. Insulino receptoriai ir insulino veikimas smegenyse: apžvalga ir klinikiniai padariniai. Neuromokslų ir biologinio elgesio apžvalgos. 2000; 855-872.
7. Mediena IS, Trayhurn P. Gliukozės pernešėjas (GLUT ir SGLT): išplėstinės cukraus transportavimo baltymų šeimos. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3–9. „Zhao FQ“, „Keating AF“. Gliukozės pernešėjų funkcinės savybės ir genomika. Curr genomika. 2007; 8 (2): 113–28.