GLUT4: OMINAISUUDET, RAKENNE, TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2025

GLUT4 on 509 aminohapon glukoosin kuljetusproteiini, jolla on korkea affiniteetti tähän sokeriin. Se kuuluu avustajien (MSF) suurta pääperheperheeseen, jolle on tunnusomaista, että sillä on 12 kalvon läpäisevää alfa-heliksiä. Kuten kaikki tämän perheen jäsenet, se välittää glukoosin helpottua kuljetusta sen pitoisuusgradientissa.

Sen sijainti on rajattu soluille, jotka ovat herkkiä insuliinistimulaatiolle, kuten adiposyytit ja myosyytit. Tässä mielessä GLUT4-tähdet ovat glukoosin imeytymisen ensisijaisessa mekanismissa veren hyperglykemian olosuhteissa.

GLUT4 on ainoa glukoosin kuljettaja, jota säätelee insuliini. Kirjoittanut Meiquer, Wikimedia Commonsista.

Noin 95% solun syntetisoidusta GLUT4: stä pysyy vesikkelien sytosolissa. Nämä vesikkelit sulautuvat plasmamembraaniin paljastaen siinä olevan reseptorin vasteena insuliinivälitteisen eksosytoosin aktivoitumiselle.

Luuston lihasharjoittelu pystyy myös edistämään tämän kuljettajan siirtymistä solukalvoon, kun otetaan huomioon näiden solujen suuri energiantarve näissä olosuhteissa. Signaaleja, jotka stimuloivat sen synteesiä pitkäaikaisen fyysisen toiminnan aikana, ei kuitenkaan vielä tunneta.

ominaisuudet

Kuten konstitutiivinen ekspressiovälittäjä GLUT1, myös GLUT4: llä on korkea affiniteetti glukoosiin, mikä tarkoittaa kykyä sitoa glukoosia myös silloin, kun tämän sokerin konsentraatio veressä saavuttaa erittäin alhaiset arvot.

Päinvastoin kuin isoformit, jotka vastaavat glukoosin kuljettamisesta perusolosuhteissa (GLUT1 ja GLUT3), tätä kuljettajaa ei ilmene alkion solumembraanissa.

Päinvastoin, se ilmenee vain aikuisten kudosten soluissa, pääasiassa perifeerisissä kudoksissa, joissa on runsaasti ruskean rasvan pitoisuuksia, kuten sydämessä, luurankoissa ja rasvakudoksessa. Sitä on kuitenkin havaittu myös aivolisäkkeen ja hypotalamuksen soluissa.

Tässä mielessä on tärkeätä korostaa, että sen jakautuminen rajattuihin soluihin, jotka ovat herkkiä insuliinipitoisuuksien vaihteluille, liittyy siihen tosiasiaan, että sillä on tämän hormonin säätelemä ilmentymä. Muut tutkimukset ovat osoittaneet, että lihasten supistuminen pystyy myös vaikuttamaan säätelevästi tämän kuljettajan ilmentymiseen.

Toisaalta, solun sijaintitutkimukset ovat osoittaneet, että GLUT2: lla on kaksi sijaintia sytosolin ja membraanin välillä. Sytosoliosastossa, jossa suurin prosenttimäärä sijaitsee, se sijaitsee eri osastoissa: trans-golgi-verkossa varhaisessa endosomissa, klasiinin peittämillä tai peittämättömillä rakkuloilla ja tubulo-vesikulaarisella sytoplasmisella rakenteella.

Rakenne

Kuten kaikki glukoosinkuljettajien perheen jäsenet, jotka osallistuvat tämän heksoosin (GLUT: ien) helpotettuun passiiviseen kuljetukseen, myös GLUT4 on a-helix-monikytkentäinen läpäisevä proteiini.

12 a-helix-konfiguraatiossa olevaa membraanin segmenttiä kulkee solujen plasmamembraanien ja solunsisäisten osastojen (vesikkeleiden) läpi, joissa GLUT 4 ekspressoituu.

Helitsit 3, 5, 7 ja 11 jakautuvat alueellisesti hydrofiilisen kanavan muodostumisen aikaansaamiseksi, jonka läpi monosakkaridin kulkeutuminen solunulkoisesta tilasta sytosoliin pitoisuusgradientin hyväksi.

Proteiinin amino- ja karboksyyliterminaaliset päät ovat suuntautuneet sytoplasmaan konformaatiomuodossa, joka johtaa suuren keskisilmukan muodostumiseen.

Molempien päiden rajoittama alue edustaa proteiinin toiminnallisesti tärkeätä aluetta, koska se osallistuu sekä glukoosin imeytymiseen ja sitoutumiseen että vasteeseen insuliinin signalointiin. Sen lisäksi, että se suuntaa sytosolisista vesikulaariosista plasmamembraaniin, jossa se toimii kuljettajana.

Kuinka glukoosin kuljetus tapahtuu GLUT4: n kautta?

Kuten kaikki glukoosinkuljettajien perheen jäsenet, jotka osallistuvat tämän heksoosin (GLUT: ien) helpotettuun passiiviseen kuljetukseen, myös GLUT4 on monikytkentäinen kalvon läpäisevä proteiini a-kierroksessa.

Sokerin sitoutumisen aiheuttama rakenteen muodonmuutos mobilisoi sitoutumiskohdan membraanin ulkoisesta muotista sytosoliin, jossa se vapautuu. Kun tämä on tapahtunut, kuljettaja saa jälleen alkuperäisen muodonsa, altistaen siten paikan glukoosille kalvon ulkopuolella.

ominaisuudet

GLUT4-tyyppinen glukoosinkuljetusproteiini on vastuussa glukoosin mobilisoitumisesta solunulkoisesta väliaineesta sytosoliin vasteena ärsykkeelle, jonka lisääntynyt insuliinin eritys tuottaa tätä hormonia herkissä kudoksissa, kuten sellaisissa, jotka ne integroivat luustolihaksen ja rasvakudoksen.

Tämän ymmärtämiseksi paremmin on tärkeää muistaa, että insuliini on haiman β-solujen vapauttama hormoni vasteena veren korkeille glukoosipitoisuuksille, käynnistäen fysiologisia mekanismeja, jotka edistävät sen imeytymistä soluihin sekä glykogeenin synteesiä.

Koska GLUT4 on herkkä tälle hormonille, se toimii pääasiallisena sokerin imeytymisen säätelymekanismin päähenkilönä. Avainasemassa veren sokerin nopeassa mobilisoinnissa, kun monosakkaridipitoisuudet saavuttavat erittäin korkeat arvot. Viimeksi mainittu on välttämätön solujen homeostaasin ylläpitämiseksi.

Tämä nopea glukoosin imeytyminen on mahdollista johtuen korkeasta affiniteetista, joka tällä kuljettimella on tähän sokeriin. Toisin sanoen, se pystyy havaitsemaan sen pienissäkin konsentraatioissa, sitomaan nopeasti tai vangitsemaan sen.

Toisaalta kyky havaita glukoosi alhaisissa pitoisuuksissa selittää GLUT4-ilmentymisen merkityksen luurankojen lihaksen kalvoissa harjoituksen aikana - toiminnassa, jolla on suuri energiantarve.

GLUT4-rakkuloiden mobilisointi sytosolista kalvoon

GLUT4: tä kantavien vesikkeleiden mobilisointimekanismi kalvoon. Kirjoittanut CNX OpenStax, Wikimedia Commonsista.

Insuliinistimulaation puuttuessa noin 95% GLUT4: stä rekrytoituu sytoplasmaan rakkuloiden sisällä Golgi-verkon kautta.

Kun glukoosipitoisuudet ylittävät huomattavasti fysiologisen arvon, laukaistaan ​​signalointikaskadi, joka johtaa insuliinin vapautumiseen haimasta.

Vapautunut insuliini kykenee nyt sitoutumaan myosyyttien ja adiposyyttien kalvolla oleviin insuliinireseptoreihin lähettämällä tarvittavat signaalit eksosytoosin aktivoinnin käynnistämiseksi. Jälkimmäinen johtaa GLUT4: ää kantavien vesikkelien fuusioon plasmamembraaniin.

Tämä fuusio lisää väliaikaisesti kuljettajan pitoisuutta näiden solujen kalvossa. Toisin sanoen, kun verensokeritasot ovat laskeneet perustasolle, ärsyke katoaa ja kuljettaja kierrätetään aktivoimalla endosytoosi.

Viitteet

1. Bryant NJ, Govers R, James DE. Glukoosin kuljettajan GLUT4 säännelty kuljetus. Nat Rev. Mol Cell Biol., 2002; 3 (4): 267 - 277.
2. Henriksen EJ. Kutsuttu arvostelu: Akuutin liikunnan ja kunto-harjoituksen vaikutukset insuliiniresistenssiin. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788-96.
3. Huang S, tšekin kansanedustaja. GLUT4-glukoosin kuljettaja. Solun metaboli. 2007; 5 (4): 237 - 252.
4. Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Liikunnan vaikutukset GLUT4: n ja glykogeniinigeenien ilmentymiseen ihmisen luurankoissa. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
5. Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Insuliinistimuloidun GLUT4-rakkuloiden kaupan molekyylin perusteet. Biol. Chem. 1999; 274 (5): 2593 - 2596.
6. Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. Insuliinireseptorit ja insuliinitoiminta aivoissa: Katsaus ja kliiniset vaikutukset. Neurotieteen ja biokäyttäytymisen arvostelut. 2000; 855-872.
7. Wood IS, Trayhurn P. Glukoosin kuljettaja (GLUT ja SGLT): sokerin kuljetusproteiinien laajennetut perheet. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3 - 9. Zhao FQ, Keating AF. Glukoosin kuljettajien toiminnalliset ominaisuudet ja genomiikka. Curr-genomiikka. 2007; 8 (2): 113 - 28.