GLUT1: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

GLUT1 je transmembránový protein zodpovědný za usnadnění pasivního transportu glukózy přes plazmatickou membránu, z extracelulárního prostoru do buňky.

Kromě glukózy bylo prokázáno, že může mobilizovat i dalších šest uhlíkových cukrů, jako je galaktóza, glukosamin a manóza. Na druhé straně umožňuje vstřebávání a transport vitaminu C do buněk, které ho nedokážou produkovat.

Krystalová struktura transportéru glukózy GLUT1. Podle A2-33, z Wikimedia Commons.

Protože všechny molekuly, které jsou transportovány GLUT1, jsou zapojeny do drah generování energie v buňce, hraje exprese tohoto transportéru velmi důležitou metabolickou roli.

Ve skutečnosti mutace, které mění nebo ruší expresi funkčního GLUT1, vedou ke vzniku četných onemocnění spojených s pomalým neurologickým vývojem a omezeným růstem mozku.

Transport glukózy v buňkách a GLUT1 transportéry

Glukóza je preferovaným zdrojem uhlíku a energie pro většinu buněk, které tvoří strom života. Protože není dost malý a hydrofobní, aby sám procházel buněčnými membránami, vyžaduje jeho transport do buňky pomocí transportních proteinů.

Pro tento cukr byly navrženy dva specifické transportní mechanismy zprostředkované transportérem. Jeden z nich reaguje na pasivní transportní systém (usnadněná difúze) a druhý na aktivní transportní systém.

První nevyžaduje energii, která se má provádět, a nastává prostřednictvím koncentračního gradientu, tj. Z místa s vysokou koncentrací glukózy do místa, kde je koncentrace nižší.

Aktivní transport glukózy je prováděn transportéry, které získávají energii ze společného transportu iontů sodíku.

Naproti tomu usnadněná (pasivní) difúze glukózy je prováděna rodinou hradlových transportérů zvaných GLUT (pro zkratku v angličtině „glukózové transportéry“), rodiny, do které GLUT1 patří. Ty vážou glukózu na vnější straně buňky a transportují ji na cytosol. Bylo identifikováno nejméně 5 z nich a zdá se, že jejich distribuce se v různých savčích tkáních liší.

GLUT1 Funkce

Transportní mechanismus využívaný transportérem glukózy GLUT1. Emma Dittmar - vlastní práce, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT1 je uniporterový transportér glukózy, který je schopen provádět transport glukózy pouze jedním směrem, z vnějšku buňky do cytosolu.

Patří do superrodiny usnadněného difúzního transportéru (MSF), která je široce rozšířena v mnoha různých organismech. Podílí se také na transmembránovém transportu velkého počtu malých organických molekul.

Jeho peptidová sekvence 492 aminokyselin je vysoce konzervovaná v různých organismech, kde byla identifikována, což není těžké uvěřit, protože použití glukózy pro výrobu energie představuje centrum metabolického stromu života.

Struktura GLUT 1

GLUT1 je integrální multipassový membránový protein tvořený 492 aminokyselinovými zbytky. Tento typ integrálního membránového proteinu je charakterizován několikanásobným křížením lipidové dvojvrstvy.

Trojrozměrná chemická struktura proteinů se obecně stanoví rentgenovou krystalografií, která je technikou široce používanou biochemiky k rekonstrukci strukturálního modelu pomocí čistých krystalů proteinu, který má být studován.

U vysoce konzervovaných proteinů, jako je GLUT1, může stačit stanovení proteinové struktury jediného organismu. Z tohoto důvodu vědci dosud určili krystalovou strukturu GLUT1 mutantu E3229.

Stejně jako u všech ostatních členů nadrodiny hlavních facilitátorů (MSF) je struktura GLUT1 představována 12 transmembránovými helixy.

Kromě toho v GLUT1 E3229 jsou amino a karboxylové konce peptidu pseudosymetrické a jsou orientovány směrem k cytosolu. Uspořádání těchto konců vytváří kapsu nebo dutinu, která je otevřená uvnitř buňky a která tvoří vazebné místo pro glukózu.

Změna struktury GLUT1 určuje transport glukózy do buňky

Protože glukóza je obecně transportována z vnějšku do vnitřku buňky, zjištění, že vazebné místo pro tento cukr je orientováno k cytosolu, vytváří určitou zmatenost.

Tato zmatenost však najde řešení ve výsledcích biochemických výzkumů, které naznačují, že dochází ke změně tvaru proteinu, což umožňuje exponování vazebného místa pro glukózu nejprve na jedné straně membrány a poté na druhé.

To neznamená, že se protein otáčí přes membránu, ale spíš to, že vazba cukru zavádí změnu způsobem, který podobně jako brána vystavuje glukózu vnitřku.

GLUT 1 Funkce

Protože GLUT1 je konstitutivní expresní transportér, to znamená, že je vždy exprimován ve většině savčích buněk, jsou funkce, které plní, pro tyto buňky životně důležité. Ve skutečnosti je exprimován téměř ve všech tkáních plodu přesně proto, že je zapotřebí vysoká dodávka energie během vývojových fází, aby byl zajištěn růst.

Jeho exprese je však po narození snížena v některých tkáních, jako je játra, kde je nyní zvýšena exprese jiných izoforem, jako je GLUT4.

Pro erytrocyty má zásadní význam, protože ty závisejí výhradně na glukóze pro energii, protože jim chybí mitochondrie. Je však stále zodpovědné za příjem glukózy pro podporu dýchání v jiných typech buněk.

Protože GLUT1 dosahuje vysoké koncentrace ve vaskulárních endoteliálních buňkách mnoha orgánů a tkání, jednou z jeho funkcí je přenášení glukózy z krve.

Transport dalších hexóz, jako je manosa, galaktóza a glukosamin pomocí GLUT1, nezpochybňuje jeho přímý vztah k energetickému metabolismu, protože ze všech těchto hexóz může být generován ATP.

Kromě toho příjem a transport vitaminu C do buněk neschopných syntetizovat je také jednou z funkcí uváděných pro tento všudypřítomný receptor.

Reference

1. Chen LY, Phelix CF. Extracelulární braní transportu glukózy přes GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019; 511 (3): 573-578.
2. Cunningham P, Naftalin RJ. mplikace aberantního teplotně senzitivního transportu glukózy prostřednictvím mutanta s deficitem transportéru glukózy (GLUT1DS) T295M pro transportní modely s alternativním přístupem a pevným místem. J Membr Biol. 2013; 246 (6): 495-511.
3. Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. Krystalová struktura transportéru lidské glukózy GLUT1. Příroda. 2014; 510 (7503): 121 až 125.
4. Deng D, Yan N. Krystalizace a strukturální stanovení transportérů lidské glukózy GLUT1 a GLUT3. Methods Mol Biol. 2018; 1713: 15-29.
5. Fu X, Zhang G, Liu R, Wei J, Zhang-Negrerie D, Jian X, Gao Q. Mechanistické studium transportu lidské glukózy zprostředkované GLUT1. Model J Chem Inf. 2016; 56 (3): 517 - 526.
6. Mueckler M, Makepeace C. Analýza transmembránového segmentu 8 glukózového transportéru GLUT1 pomocí mutageneze skenování cysteinu a dostupnosti substituovaného cysteinu. J Biol Chem. 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. Philip L. Kapitola 13 - Membránový transport. Membrány buněk (3. vydání). 2016, str. 335-378.
8. Simmons R. Transport glukózy v buňkách a manipulace s glukózou během vývoje plodu a novorozence. Fetální a novorozená fyziologie (páté vydání). 2017; 1 str. 428-435.