GLUT4: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

GLUT4 er et 509 aminosyre glucosetransportprotein, der har en høj affinitet for dette sukker. Det hører til den store hovedoverfamilie af facilitatorer (MSF), der er kendetegnet ved at have 12 transmembrane alfa-helixer. Som alle medlemmer af denne familie formidler den den lettere transport af glukose ned over dens koncentrationsgradient.

Dens placering er begrænset til celler, der er følsomme over for insulinstimulering, såsom adipocytter og myocytter. I denne forstand stjerner GLUT4 i den primære mekanisme for glukoseabsorption under betingelser med hyperglykæmi i blod.

GLUT4 er den eneste glukosetransportør, der er reguleret af Insulin. Af Meiquer, fra Wikimedia Commons.

Cirka 95% af GLUT4 syntetiseret af cellen forbliver bosiddende i cytosol inden i vesikler. Disse vesikler smelter sammen med plasmamembranen og udsætter receptoren deri som reaktion på aktiveringen af ​​insulinformidlet exocytose.

Skeletal muskeløvelse er også i stand til at fremme flytningen af ​​denne transporter i cellemembranen i betragtning af det høje energibehov, som disse celler har under disse forhold. De signaler, der stimulerer dens syntese under langvarig fysisk aktivitet, er imidlertid stadig ukendt.

egenskaber

Ligesom den konstitutive ekspressionstransportør GLUT1, har GLUT4 en høj affinitet for glukose, hvilket omsættes til en evne til at binde glukose, selv når koncentrationen af ​​dette sukker i blodet når meget lave værdier.

I modsætning til de isoformer, der er ansvarlige for transporten af ​​glukose under basale betingelser (GLUT1 og GLUT3), udtrykkes denne transportør ikke i den embryonale cellemembran.

Tværtimod udtrykkes det kun i celler fra voksent væv, hovedsageligt i perifere væv, der er rige på høje koncentrationer af brunt fedt, såsom hjerte, knoglemuskler og fedtvæv. Imidlertid er det også blevet påvist i celler fra hypofysen og hypothalamus.

I denne forstand er det vigtigt at fremhæve, at dens distribution, der er begrænset til celler, der er følsomme over for variationer i insulinkoncentrationer, er relateret til det faktum, at det præsenterer reguleret ekspression af dette hormon. Anden forskning har vist, at muskelsammentrækning også er i stand til at udøve en regulerende virkning på ekspressionen af ​​denne transportør.

På den anden side har subcellulære lokalitetsundersøgelser vist, at GLUT2 har en dobbelt placering mellem cytosol og membranen. I det cytosoliske rum, hvor den højeste procentdel er placeret, bor det i forskellige rum: i trans-golgi-netværket, det tidlige endosom, vesikler, der er dækket eller ikke af clathrin, og tubulo-vesikulære cytoplasmatiske strukturer.

Struktur

Som alle medlemmer af familien af ​​glukosetransportører involveret i den lettere passive transport af denne hexose (GLUTs), er GLUT4 et a-helix multipass transmembranprotein.

12 transmembrane segmenter i a-helix-konfiguration krydser plasmamembranerne og subcellulære rum (vesikler) i celler, hvor GLUT 4 udtrykkes.

Helixer 3, 5, 7 og 11 er rumligt fordelt for at give anledning til dannelsen af ​​en hydrofil kanal, gennem hvilken transit af monosaccharid sker fra det ekstracellulære rum til cytosol til fordel for en koncentrationsgradient.

De amino- og carboxylterminale ender af proteinet er orienteret mod cytoplasmaet i en konformationskonfiguration, der resulterer i dannelsen af ​​en stor central sløjfe.

Det område, der er afgrænset af begge ender, repræsenterer en funktionelt vigtig region af proteinet, da det er involveret både i glukoseoptagelse og -binding og i responset på insulinsignalering. Ud over dets retning fra de cytosoliske vesikulære rum til plasmamembranen, hvor den vil udøve sin funktion som transporter.

Hvordan foregår glukosetransport gennem GLUT4?

Som alle medlemmer af familien af ​​glukosetransportører involveret i den lettere passive transport af denne hexose (GLUTs), er GLUT4 et multipass transmembranprotein i a-helix.

En deformation af strukturen induceret ved binding af sukkeret mobiliserer bindingsstedet fra den ydre dyse af membranen til cytosolen, hvor det frigives. Når dette har fundet sted, erhverver transportøren sin oprindelige konformation igen, hvorved stedet udsættes for glukose på ydersiden af ​​membranen.

Funktioner

Glucose-transporterproteinet af typen GLUT4 er ansvarlig for at udføre mobilisering af glukose fra det ekstracellulære medium til cytosol som respons på den stimulus, der er genereret af den forbedrede sekretion af insulin i celler i væv, der er følsomme over for dette hormon, såsom dem, der de integrerer knoglemuskler og fedtvæv.

For bedre at forstå dette er det vigtigt at huske, at insulin er et hormon, der frigøres af ß-cellerne i bugspytkirtlen som reaktion på høje koncentrationer af glukose i blodet, idet de sætter fysiologiske mekanismer i gang, der fremmer dets absorption af celler såvel som syntesen af ​​glykogen.

I betragtning af GLUT4's følsomhed over for dette hormon fungerer det som hovedpersonen i den primære reguleringsmekanisme for glukoseabsorption. At spille en nøglerolle i den hurtige mobilisering af glukose fra blodet, når monosaccharidkoncentrationer når meget høje værdier. Det sidstnævnte er vigtigt for at opretholde cellehomeostase.

Denne hurtige absorption af glukose muliggøres på grund af den høje affinitet, som denne transportør har for dette sukker. Med andre ord er det i stand til at detektere det selv i lave koncentrationer, hurtigt binde eller fange det.

På den anden side forklarer evnen til at detektere glukose ved lave koncentrationer betydningen af ​​GLUT4-ekspression i skeletmuskelmembraner under træning, en aktivitet, der har et stort energibehov.

Mobilisering af GLUT4-vesikler fra cytosol til membranen

Mekanisme til mobilisering af GLUT4-bærende vesikler til membranen. Af CNX OpenStax fra Wikimedia Commons.

I fravær af insulinstimulering rekrutteres ca. 95% af GLUT4 til cytoplasmaet inden i vesikler fra trans Golgi-netværket.

Når glukosekoncentrationer langt overstiger den fysiologiske værdi, udløses en signaleringskaskade, der fører til frigivelse af insulin fra bugspytkirtlen.

Det frigjorte insulin er nu i stand til at binde til den insulinreceptor, der er til stede på membranen af ​​myocytter og adipocytter, og sender de nødvendige signaler til at udløse aktivering af exocytose. Sidstnævnte resulterer i fusionen af ​​GLUT4-bærende vesikler med plasmamembranen.

Denne fusion øger kortvarigt koncentrationen af ​​transporteren i membranen til disse celler. Det vil sige, når blodsukkerniveauet er faldet til baseline, forsvinder stimulansen, og transporteren genanvendes ved aktivering af endocytose.

Referencer

1. Bryant NJ, Govers R, James DE. Reguleret transport af glukosetransportøren GLUT4. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002; 3 (4): 267-277.
2. Henriksen EJ. Inviteret anmeldelse: Effekter af akut træning og træning på insulinresistens. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788-96.
3. Huang S, tjekkisk MP. GLUT4-glukosetransportøren. Cell Metab. 2007; 5 (4): 237-252.
4. Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Effekter af træning på GLUT4 og glycogeningen-ekspression i menneskelig skeletmuskel. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
5. Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Molekylær basis af insulinstimuleret GLUT4 vesikelhandel. Biol Chem. 1999; 274 (5): 2593-2596.
6. Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. Insulinreceptorer og insulinhandling i hjernen: gennemgang og kliniske implikationer. Neurovidenskabelig og bioadfærdsmæssig gennemgang. 2000; 855-872.
7. Wood IS, Trayhurn P. Glukosetransportør (GLUT og SGLT): udvidede familier af sukkertransportproteiner. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3-9. Zhao FQ, Keating AF. Funktionelle egenskaber og genomik hos glukosetransportører. Curr Genomics. 2007; 8 (2): 113-28.