GLUT4: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

GLUT4 er et 509 aminosyre glukosetransportørprotein som har en høy affinitet for dette sukkeret. Det hører til den store viktigste superfamilien til tilretteleggere (Leger Uten Grenser) karakterisert ved å ha 12 transmembrane alfa-helikser. Som alle medlemmer av denne familien, formidler den lettet transport av glukose nedover i konsentrasjonsgradienten.

Plasseringen er begrenset til celler som er følsomme for insulinstimulering, for eksempel adipocytter og myocytter. I denne forstand stjerner GLUT4 i den primære mekanismen for glukoseopptak under betingelser av hyperglykemi i blod.

GLUT4 er den eneste glukosetransportøren regulert av Insulin. Av Meiquer, fra Wikimedia Commons.

Omtrent 95% av GLUT4 syntetisert av cellen forblir bosatt i cytosol i vesiklene. Disse vesiklene smelter sammen med plasmamembranen, og utsetter reseptoren der som svar på aktivering av insulinformidlet eksocytose.

Skjelettmuskulær trening er også i stand til å fremme flytting av denne transportøren i cellemembranen, gitt det høye energibehovet som disse cellene har under disse forholdene. Signalene som stimulerer syntesen under langvarig fysisk aktivitet er imidlertid fremdeles ukjente.

kjennetegn

I likhet med den konstituerende uttrykkstransportøren GLUT1, har GLUT4 en høy affinitet for glukose, noe som betyr en evne til å binde glukose selv når konsentrasjonen av dette sukkeret i blodet når veldig lave verdier.

I motsetning til isoformene som er ansvarlige for glukosetransport under basale forhold (GLUT1 og GLUT3), kommer denne transportøren ikke til uttrykk i den embryonale cellemembranen.

Tvert imot, det kommer kun til uttrykk i celler i voksne vev, hovedsakelig i perifere vev som er rike på høye konsentrasjoner av brunt fett, så som hjerte, skjelettmuskulatur og fettvev. Imidlertid er det også blitt påvist i celler i hypofysen og hypothalamus.

I denne forstand er det viktig å fremheve at distribusjonen begrenset til celler som er følsomme for variasjoner i insulinkonsentrasjoner er relatert til det faktum at det presenterer regulert uttrykk av dette hormonet. Annen forskning har vist at muskelsammentrekning også er i stand til å utøve en regulerende effekt på uttrykket til denne transportøren.

På den annen side har subcellulære lokaliseringsstudier vist at GLUT2 har et dobbelt sted mellom cytosol og membran. I det cytosoliske kammeret der den høyeste prosentandelen befinner seg, bor det i forskjellige rom: i trans-golgi-nettverket, det tidlige endosomet, vesikler dekket eller ikke av clathrin, og tubulo-vesikulære cytoplasmatiske strukturer.

Struktur

Som alle medlemmer av familien av glukosetransportere som er involvert i den tilrettelagte passive transporten av denne heksosen (GLUT), er GLUT4 et α-helix multipass transmembranprotein.

12 transmembransegmenter i a-helix-konfigurasjon krysser plasmamembranene og subcellulære rom (vesikler) til celler der GLUT 4 er uttrykt.

Helix 3, 5, 7 og 11 er romlig fordelt for å gi opphav til dannelsen av en hydrofil kanal gjennom hvilken overføringen av monosakkaridet skjer fra det ekstracellulære rom til cytosol til fordel for en konsentrasjonsgradient.

De amino- og karboksylterminale ender av proteinet er orientert mot cytoplasma, i en konformasjonskonfigurasjon som resulterer i dannelsen av en stor sentral sløyfe.

Området avgrenset av begge ender representerer en funksjonelt viktig region av proteinet siden det er involvert både i glukoseopptak og binding og i responsen til insulinsignalisering. I tillegg til at den ledes fra de cytosoliske vesikulære rommene til plasmamembranen der den vil utøve sin funksjon som transportør.

Hvordan skjer glukosetransport gjennom GLUT4?

Som alle medlemmer av familien av glukosetransportører involvert i den tilrettelagte passive transporten av denne heksosen (GLUTs), er GLUT4 et multifass transmembranprotein i a-helix.

En deformasjon av strukturen indusert ved binding av sukker mobiliserer bindingsstedet fra membranens ytre dyse til cytosol der den frigjøres. Når dette har skjedd, anskaffer transportøren sin opprinnelige konstruksjon igjen, og utsetter stedet for glukose på utsiden av membranen.

Egenskaper

Glukosetransportørproteinet av typen GLUT4 er ansvarlig for å utføre mobilisering av glukose fra det ekstracellulære mediet til cytosol, som respons på stimulansen som genereres av den forbedrede sekresjonen av insulin i celler i vev som er følsomme for dette hormonet, slik som de som de integrerer skjelettmuskulaturen og fettvevet.

For bedre å forstå dette, er det viktig å huske at insulin er et hormon som frigjøres av ß-cellene i bukspyttkjertelen som respons på høye konsentrasjoner av glukose i blodet, og setter igang fysiologiske mekanismer som fremmer dets absorpsjon av celler samt syntese av glykogen.

Gitt GLUT4s følsomhet for dette hormonet, fungerer det som hovedpersonen i den primære reguleringsmekanismen for glukoseopptak. Å spille en nøkkelrolle i rask mobilisering av glukose fra blodet når monosakkaridkonsentrasjoner når veldig høye verdier. Det siste er viktig for å opprettholde cellehomeostase.

Denne raske absorpsjonen av glukose gjøres mulig på grunn av den høye affiniteten som denne transportøren har for dette sukkeret. Med andre ord er den i stand til å oppdage den selv ved lave konsentrasjoner, raskt binde eller fange den.

På den annen side forklarer evnen til å oppdage glukose ved lave konsentrasjoner viktigheten av GLUT4-uttrykk i skjelettmuskelmembraner under trening, en aktivitet som har et høyt energibehov.

Mobilisering av GLUT4-vesikler fra cytosol til membranen

Mekanisme for mobilisering av GLUT4-bærende vesikler til membranen. Av CNX OpenStax, fra Wikimedia Commons.

I fravær av insulinstimulering rekrutteres omtrent 95% av GLUT4 til cytoplasma i vesiklene fra trans Golgi-nettverket.

Når glukosekonsentrasjoner langt overstiger den fysiologiske verdien, utløses en signaleringskaskade som resulterer i frigjøring av insulin fra bukspyttkjertelen.

Det frigjorte insulinet er nå i stand til å binde seg til insulinreseptoren som er til stede på membranen til myocytter og adipocytter, og sender de nødvendige signalene for å utløse aktivering av eksocytose. Det siste resulterer i fusjon av GLUT4-bærende vesikler med plasmamembranen.

Denne fusjonen øker forbigående konsentrasjonen av transportøren i membranen til disse cellene. Det vil si at når blodsukkernivået faller til begynnelsen, forsvinner stimulansen og transportøren resirkuleres ved aktivering av endocytose.

referanser

1. Bryant NJ, Govers R, James DE. Regulert transport av glukosetransportøren GLUT4. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002; 3 (4): 267-277.
2. Henriksen EJ. Invitert anmeldelse: Effekter av akutt trening og trening på insulinresistens. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788-96.
3. Huang S, tsjekkisk parlamentsmedlem. GLUT4-glukosetransportøren. Cell Metab. 2007; 5 (4): 237-252.
4. Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Effekter av trening på GLUT4 og glykogeningenuttrykk i menneskelig skjelettmuskel. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
5. Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Molekylær basis av insulinstimulert GLUT4 vesikkelhandel. Biol Chem. 1999; 274 (5): 2593-2596.
6. Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. Insulinreseptorer og insulinhandling i hjernen: Gjennomgang og kliniske implikasjoner. Nevrovitenskap og biooppførsel. 2000; 855-872.
7. Wood IS, Trayhurn P. Glukosetransportør (GLUT og SGLT): utvidede familier av sukkertransportproteiner. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3-9. Zhao FQ, Keating AF. Funksjonelle egenskaper og genomikk av glukosetransportører. Curr Genomics. 2007; 8 (2): 113-28.