GLUT1: OMINAISUUDET, RAKENNE, TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

GLUT1 on läpäisevä proteiini, joka on vastuussa glukoosin passiivisen kuljetuksen helpottamisesta plasmamembraanin läpi solunulkoisesta tilasta soluun.

Glukoosin lisäksi on osoitettu, että se pystyy mobilisoimaan myös muita kuutta hiilisokeriä, kuten galaktoosia, glukosamiinia ja mannoosia. Se puolestaan ​​sallii C-vitamiinin imeytymisen ja kuljettamisen soluihin, jotka eivät pysty tuottamaan sitä.

Glukoosin kuljettajan GLUT1 kiderakenne. Tekijä A2-33, Wikimedia Commonsista.

Koska kaikki GLUT1: n kuljettamat molekyylit ovat mukana solun energiantuotantoreiteissä, tämän kuljettajan ekspressiolla on erittäin tärkeä metabolinen rooli.

Itse asiassa mutaatiot, jotka muuttavat tai poistavat funktionaalisen GLUT1: n ekspression, johtavat lukuisten sairauksien esiintymiseen, jotka liittyvät hitaaseen neurologiseen kehitykseen ja rajoitettuun aivojen kasvuun.

Glukoosin kuljetus soluissa ja GLUT1-siirtäjät

Glukoosi on suositeltava hiili- ja energialähde suurimmalle osalle elämäpuun muodostavista soluista. Koska se ei ole riittävän pieni ja hydrofobinen läpäisemään solumembraaneja itsessään, sen kuljetus soluun vaatii kuljetusproteiinien apua.

Tälle sokerille on ehdotettu kahta erityistä kuljettajan välittämää kuljetusmekanismia. Yksi niistä vastaa passiiviseen kuljetusjärjestelmään (helpottu diffuusio) ja toinen aktiiviseen kuljetusjärjestelmään.

Ensimmäinen ei vaadi energian suorittamista ja tapahtuu pitoisuusgradientin kautta, ts. Korkean glukoosipitoisuuden paikasta kohtaan, jossa pitoisuus on alhaisempi.

Aktiivinen glukoosikuljetus tapahtuu kuljettajilla, jotka saavat energiaa natriumionien yhteiskuljetuksista.

Sitä vastoin glukoosin helpotettu (passiivinen) diffuusio suoritetaan porttityyppisten kuljettajien ryhmässä, nimeltään GLUT (lyhenne englanniksi lyhenteestä “Glucose Transporters”), perheeseen, johon GLUT1 kuuluu. Nämä sitoutuvat glukoosiin solun ulkopuolella ja kuljettavat sen sytosoliin. Ainakin 5 heistä on tunnistettu ja niiden jakautuminen näyttää olevan erilainen nisäkäskudoksissa.

GLUT1-ominaisuudet

Glukoosin kuljettajan GLUT1 käyttämä kuljetusmekanismi. Kirjoittaja Emma Dittmar - Oma työ, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT1 on uniporter-glukoosin kuljettaja, joka pystyy suorittamaan glukoosin kuljetuksen vain yhteen suuntaan solun ulkopuolelta sytosoliin.

Se kuuluu helpotetun diffuusiokuljettajan (MSF) superperheeseen, joka on levinnyt laajasti monissa eri organismeissa. Se osallistuu myös suuren määrän pienten orgaanisten molekyylien siirtoon kalvoon.

Sen 492 aminohapon peptidisekvenssi on erittäin konservoitunut erilaisissa organismeissa, joissa se on tunnistettu. Tätä ei ole vaikea uskoa, kun otetaan huomioon, että glukoosin käyttö energian tuotantoon on metabolisen elämäpuun keskipiste.

GLUT 1 -rakenne

GLUT1 on kiinteä monipäästöinen membraaniproteiini, joka koostuu 492 aminohappotähteestä. Tämän tyyppiselle integroidulle membraaniproteiinille on tunnusomaista, että lipidi kaksikerros ylitetään useita kertoja.

Proteiinien kolmiulotteinen kemiallinen rakenne määritetään yleensä röntgenkristallografialla. Jälkimmäinen on tekniikka, jota biokemiat käyttävät laajasti rakennemallin rekonstruoimiseksi tutkittavan proteiinin puhtaita kiteitä käyttämällä.

Erittäin konservoituneissa proteiineissa, kuten GLUT1, yksittäisen organismin proteiinirakenteen määrittäminen voi olla riittävä. Juuri tästä syystä tutkijat ovat toistaiseksi määrittäneet E3229-mutantin GLUT1-kiderakenteen.

Kuten kaikissa muissa tärkeimmän avustajan superperheen (MSF) jäsenissä, GLUT1: n rakennetta edustaa 12 kalvon läpi kulkevaa heliksiä.

Lisäksi GLUT1 E3229: ssä peptidin amino- ja karboksyylipäät ovat pseudosymmetrisiä ja ovat suunnattuja sytosoliin. Näiden päiden järjestely luo taskun tai ontelon, joka on avoin solun sisällä ja muodostaa glukoosin sitoutumiskohdan.

Muutos GLUT1: n rakenteessa määrittää glukoosin kuljetuksen soluun

Koska glukoosia kuljetetaan yleensä solun ulkopuolelta, havainto, että tämän sokerin sitoutumiskohta on suunnattu sytosoliin, aiheuttaa jonkin verran sekaannusta.

Tämä sekavuus löytää kuitenkin ratkaisun biokemiallisten tutkimusten tuloksiin, jotka viittaavat siihen, että proteiinin muodossa tapahtuu muutos, joka antaa glukoosia sitovan paikan paljastua ensin membraanin toisella puolella ja sitten toisella.

Tämä ei tarkoita, että proteiini pyörii kalvon läpi, mutta että sokerin sitoutuminen johtaa muutokseen tavalla, joka portin tavoin altistaa glukoosin sisätilaan.

GLUT 1 Ominaisuudet

Koska GLUT1 on konstitutiivinen ekspressiokuljettaja, toisin sanoen sitä ekspressoidaan aina useimmissa nisäkässoluissa, sen suorittamat toiminnot ovat elintärkeitä näille soluille. Itse asiassa se ilmenee melkein kaikissa sikiön kudoksissa juuri siksi, että kehitysvaiheissa tarvitaan suurta energiamäärää kasvun varmistamiseksi.

Sen ekspressio kuitenkin vähenee syntymän jälkeen joissakin kudoksissa, kuten maksassa, missä muiden isoformien, kuten GLUT4, ekspressio on nyt lisääntynyt.

Punasolujen kohdalla se on erittäin tärkeätä, koska jälkimmäiset riippuvat yksinomaan glukoosista energian suhteen, koska niillä ei ole mitokondrioita. Se on kuitenkin edelleen vastuussa glukoosin ottamisesta tukemaan hengitystä muissa solutyypeissä.

Koska GLUT1 saavuttaa suuren pitoisuuden monien elinten ja kudosten verisuonten endoteelisoluissa, yksi sen tehtävistä on kuljettaa glukoosia verestä.

Muiden heksoosien, kuten mannoosin, galaktoosin ja glukosamiinin kuljetus GLUT1: llä ei aseta kyseenalaiseksi sen suoraa suhdetta energian metaboliaan, koska ATP voidaan tuottaa kaikista näistä heksooseista.

Lisäksi C-vitamiinin imeytyminen ja kuljettaminen soluihin, jotka eivät kykene syntetisoimaan sitä, on myös ollut yksi tämän kaikkialla läsnä olevan reseptorin ilmoitetuista toiminnoista.

Viitteet

1. Chen LY, Phelix CF. Sokerin ulkopuolinen glukoosin kulkeutumisen estäminen GLUT: n läpi 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019; 511 (3): 573-578.
2. Cunningham P, Naftalin RJ. poikkeavien lämpötilaherkkien glukoosikuljetusten monistus glukoosinkuljettimen puutosmutantin (GLUT1DS) T295M kautta vaihtoehtoisen pääsyn ja kiinteän paikan kuljetusmalleille. J Membr Biol., 2013; 246 (6): 495 - 511.
3. Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. Ihmisen glukoosin kuljettajan GLUT1 kiderakenne. Nature. 2014; 510 (7503): 121 - 125.
4. Deng D, Yan N. Ihmisen glukoosin kuljettajien GLUT1 ja GLUT3 kiteytys ja rakenteen määrittäminen. Methods Mol Biol., 2018; 1713: 15 - 29.
5. Fu X, Zhang G, Liu R, Wei J, Zhang-Negrerie D, Jian X, Gao Q. GLUT1: n välittämä mekaaninen tutkimus ihmisen glukoosikuljetuksista. J Chem Inf -malli. 2016; 56 (3): 517-526.
6. Mueckler M, Makepeace C. GLUT1-glukoositransportterin transmembraanisen segmentin 8 analyysi kysteiinin skannausmutageneesillä ja substituoidun kysteiinin saavutettavuudella. J Biol Chem. 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. Philip L. Luku 13 - Kalvojen kuljetus. Solujen kalvot (kolmas painos). 2016, ss. 335-378.
8. Simmons R. Soluglukoosin kuljetus ja glukoosinkäsittely sikiön ja vastasyntyneen kehityksen aikana. Sikiön ja vastasyntyneen fysiologia (viides painos). 2017; 1 s. 428-435.