GLUT1: RAKSTURLIELUMI, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

GLUT1 ir transmembrāns proteīns, kas atbild par glikozes pasīvā transportēšanu caur plazmas membrānu no ārpusšūnu telpas šūnā.

Papildus glikozei ir pierādīts, ka tas var mobilizēt arī citus sešus oglekļa cukurus, piemēram, galaktozi, glikozamīnu un mannozi. Tas savukārt ļauj uzņemt un transportēt C vitamīnu šūnās, kuras nespēj to ražot.

Glikozes transportētāja GLUT1 kristāla struktūra. Autors: A2-33, no Wikimedia Commons.

Tā kā visas molekulas, kuras transportē GLUT1, ir iesaistītas enerģijas ģenerēšanas ceļos šūnā, šī transportētāja ekspresijai ir ļoti svarīga vielmaiņas loma.

Faktiski mutācijas, kas maina vai atceļ funkcionālā GLUT1 izpausmi, rada daudzas slimības, kas saistītas ar lēnu neiroloģisko attīstību un ierobežotu smadzeņu augšanu.

Glikozes transportēšana šūnās un GLUT1 transportētāji

Glikoze ir vēlamais oglekļa un enerģijas avots lielākajai daļai šūnu, kas veido dzīvības koku. Tā kā tas nav pietiekami mazs un hidrofobisks, lai pats šķērsotu šūnu membrānas, tā transportēšanai šūnā nepieciešama olbaltumvielu transportētāja palīdzība.

Šim cukuram ir ierosināti divi īpaši transporta mehānismi. Viens no tiem reaģē uz pasīvo transporta sistēmu (atvieglota difūzija), bet otrs - uz aktīvo transporta sistēmu.

Pirmajam nav nepieciešama enerģijas pievade un tas notiek caur koncentrācijas gradientu, tas ir, no vietas ar augstu glikozes koncentrāciju līdz vietai, kur koncentrācija ir zemāka.

Aktīvo glikozes transportēšanu veic transportētāji, kas enerģiju iegūst no nātrija jonu ko-transporta.

Turpretī glikozes atviegloto (pasīvo) difūziju veic vārtu tipa transportētāju saime, ko sauc par GLUT (akronīms angļu valodā ir “Glucose Transporters”), ģimene, kurai pieder GLUT1. Tie saista glikozi šūnas ārpusē un transportē to uz citozītu. Ir identificēti vismaz 5 no tiem, un šķiet, ka to izplatība dažādos zīdītāju audos ir atšķirīga.

GLUT1 funkcijas

Glikozes transportētāja GLUT1 izmantotais transporta mehānisms. Autore Emma Dittmar - Savs darbs, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT1 ir glikozes pārvadātājs, kas nepiedalās asinīs, tas ir, kas spēj veikt glikozes pārvadāšanu tikai vienā virzienā no šūnas ārpuses uz citozītu.

Tas pieder pie atvieglinātas difūzijas transportētāja (MSF) sugas, kas ir plaši izplatīta daudzos dažādos organismos. Tas arī piedalās daudzu mazu organisko molekulu transmembranālā transportēšanā.

Tās 492 aminoskābju peptīdu secība ir ļoti konservēta dažādos organismos, kur tā ir identificēta, un tas nav grūti ticēt, ņemot vērā, ka glikozes izmantošana enerģijas ražošanai ir dzīvības metabolisma koku centrs.

GLUT 1 struktūra

GLUT1 ir neatņemams daudzfāzu membrānas proteīns, kas sastāv no 492 aminoskābju atlikumiem. Šāda veida integrālās membrānas olbaltumvielas raksturo lipīdu divslāņu šķērsošana vairākas reizes.

Olbaltumvielu trīsdimensiju ķīmisko struktūru parasti nosaka ar rentgenstaru kristalogrāfiju. Pēdējais ir paņēmiens, ko plaši izmanto bioķīmiķi, lai rekonstruētu struktūras modeli, izmantojot tīros pētāmā proteīna kristālus.

Ļoti konservētos proteīnos, piemēram, GLUT1, var būt pietiekami noteikt viena organisma olbaltumvielu struktūru. Tieši šī iemesla dēļ pētnieki līdz šim ir noteikuši E3229 mutanta GLUT1 kristāla struktūru.

Tāpat kā visos pārējos galvenās veicinātāju sugas (MSF) locekļos, GLUT1 struktūru attēlo 12 transmembranālas helikas.

Turklāt GLUT1 E3229 peptīda aminogrupas un karboksilterminālie gali ir pseido-simetriski un orientēti uz citozītu. Šo galu izvietojums rada kabatu vai dobumu, kas ir atvērts šūnas iekšpusē un veido glikozes saistīšanas vietu.

Izmaiņas GLUT1 struktūrā nosaka glikozes transportēšanu šūnā

Tā kā glikoze parasti tiek transportēta no šūnas uz iekšpusi, secinājums, ka šī cukura saistīšanās vieta ir orientēta uz citozīnu, rada zināmu neizpratni.

Tomēr šī neskaidrība atrod risinājumu bioķīmisko pētījumu rezultātos, kas liek domāt, ka mainās olbaltumvielu forma, ļaujot vispirms atklāt glikozes saistošo vietu vienā membrānas pusē un pēc tam otrā.

Tas nenozīmē, ka olbaltumviela rotē caur membrānu, bet gan tas, ka cukura saistīšana ievieš izmaiņas tādā veidā, ka gluži kā vārti pakļauj glikozi iekšpusē.

GLUT 1 iespējas

Tā kā GLUT1 ir konstitutīvs ekspresijas transportētājs, tas ir, tas vienmēr tiek ekspresēts lielākajā daļā zīdītāju šūnu, funkcijām, kuras tas veic, ir būtiskas šīm šūnām. Faktiski tas tiek izteikts gandrīz visos augļa audos tieši tāpēc, ka augšanas nodrošināšanai attīstības fāzēs ir nepieciešama liela enerģijas padeve.

Tomēr dažos audos, piemēram, aknās, pēc dzimšanas tā ekspresija samazinās, kur tagad ir palielināta citu izoformu, piemēram, GLUT4, ekspresija.

Eritrocītiem tas ir ārkārtīgi svarīgi, jo pēdējie enerģijas iegūšanai ir atkarīgi tikai no glikozes, jo tiem trūkst mitohondriju. Tomēr tā joprojām ir atbildīga par glikozes uzņemšanu, lai atbalstītu citu šūnu veidu elpošanu.

Tā kā GLUT1 sasniedz augstu koncentrāciju daudzu orgānu un audu asinsvadu endotēlija šūnās, viena no tās funkcijām ir glikozes pārnešana no asinīm.

Citu heksožu, piemēram, mannozes, galaktozes un glikozamīna, transportēšana pa GLUT1 neapšauba tās tiešo saistību ar enerģijas metabolismu, jo no visām šīm heksozēm var radīt ATP.

Turklāt C vitamīna uzņemšana un transportēšana šūnās, kuras nespēj to sintezēt, arī ir bijusi viena no funkcijām, par kurām ziņots šim visuresošajam receptoram.

Atsauces

1. Chen LY, Phelix CF. Ārpusšūnu glikozes pārvadāšana caur GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019. gads; 511 (3): 573-578.
2. Cunningham P, Naftalin RJ. temperatūras jutīgas glikozes transportēšanas, kas iegūtas ar glikozes transportētāja deficīta mutantu (GLUT1DS) T295M, atkārtojumi alternatīvas piekļuves un fiksētas vietas transporta modeļiem. J Membr Biol., 2013; 246 (6): 495–511.
3. Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. Cilvēka glikozes transportētāja GLUT1 kristāla struktūra. Daba. 2014. gads; 510 (7503): 121–125.
4. Dengs D, Jans N. Cilvēka glikozes transportētāju GLUT1 un GLUT3 kristalizācija un struktūras noteikšana. Metodes Mol Biol., 2018; 1713: 15–29.
5. Fu X, Zhang G, Liu R, Wei J, Zhang-Negrerie D, Jian X, Gao Q. GLUT1 mediētā cilvēka glikozes transporta mehāniskais pētījums. J Chem Inf modelis. 2016; 56 (3): 517-526.
6. Mueckler M, Makepeace C. GLUT1 glikozes transportētāja 8. transmembrānā segmenta analīze ar cisteīna skenēšanas mutaģenēzi un aizvietota cisteīna pieejamība. J Biol Chem., 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. Filips L. 13. nodaļa - Membrānas transportēšana. Šūnu membrānas (trešais izdevums). 2016, 335.-378.lpp.
8. Simmons R. Šūnu glikozes transportēšana un apstrāde ar glikozi augļa un jaundzimušā attīstības laikā. Augļa un jaundzimušā fizioloģija (piektais izdevums). 2017. gads; 1 lpp. 428-435.