GLUT4: RAKSTURLIELUMI, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

GLUT4 ir 509 aminoskābju glikozes transportētāja proteīns, kam ir augsta afinitāte pret šo cukuru. Tas pieder lielajai galvenajai koordinatoru ģimenei (MSF), kurai raksturīgas 12 transmembranālas alfa helikas. Tāpat kā visi šīs ģimenes locekļi, tas ir arī starpnieks, kas atvieglo glikozes transportēšanu pa tās koncentrācijas gradientu.

Tās atrašanās vieta ir ierobežota ar šūnām, kas jutīgas pret insulīna stimulāciju, piemēram, adipocīti un miocīti. Šajā nozīmē GLUT4 ir primārā glikozes absorbcijas mehānisma zvaigzne hiperglikēmijas apstākļos asinīs.

GLUT4 ir vienīgais glikozes transportētājs, kuru regulē insulīns. Autors Meiquer, no Wikimedia Commons.

Apmēram 95% šūnas sintezētā GLUT4 paliek citosolā pūslīšu iekšienē. Šīs pūslīši saplūst ar plazmas membrānu, pakļaujot tajā esošajiem receptoriem, reaģējot uz insulīna izraisītas eksocitozes aktivizēšanu.

Skeleta muskuļa vingrinājums ir arī spējīgs veicināt šī transportētāja pārvietošanos šūnu membrānā, ņemot vērā lielo enerģijas pieprasījumu, kāds šiem šūnām ir šajos apstākļos. Tomēr signāli, kas stimulē tā sintēzi ilgstošu fizisko aktivitāšu laikā, joprojām nav zināmi.

raksturojums

Tāpat kā konstitutīvajam ekspresijas transportētājam GLUT1, arī GLUT4 ir augsta afinitāte pret glikozi, kas pārvēršas spējā saistīt glikozi pat tad, ja šī cukura koncentrācija asinīs sasniedz ļoti zemas vērtības.

Pretstatā izoformām, kas ir atbildīgas par glikozes transportēšanu bazālos apstākļos (GLUT1 un GLUT3), šis transportētājs netiek ekspresēts embriju šūnu membrānā.

Gluži pretēji, to izsaka tikai pieaugušo audu šūnās, galvenokārt perifērajos audos, kas bagāti ar lielu brūno tauku koncentrāciju, piemēram, sirdī, skeleta muskuļos un taukaudos. Tomēr tas ir atklāts arī hipofīzes un hipotalāmu šūnās.

Šajā ziņā ir svarīgi uzsvērt, ka tā izplatība, kas aprobežojas ar šūnām, kuras ir jutīgas pret insulīna koncentrācijas svārstībām, ir saistīta ar faktu, ka šī hormona izpausmes ir regulētas. Citi pētījumi ir parādījuši, ka muskuļu kontrakcija ir arī spējīga regulēt šī transportētāja ekspresiju.

No otras puses, subcelulārās atrašanās vietas pētījumi parādīja, ka GLUT2 ir divējāda vieta starp citozītu un membrānu. Citosolītajā nodalījumā, kur atrodas vislielākais procentuālais daudzums, tas atrodas dažādos nodalījumos: transgolgu tīklā agrīna endosoma, pūslīši, ko pārklāj vai neaptver klatrīns, un tubulo-vezikulārās citoplazmas struktūras.

Uzbūve

Tāpat kā visi glikozes pārvadātāju ģimenes locekļi, kas iesaistīti šīs heksozes (GLUT) atvieglotā pasīvā transportēšanā, arī GLUT4 ir α-spirāles daudzkārtējs transmembrāns proteīns.

Divpadsmit transmembranālie segmenti α-spirāles konfigurācijā šķērso plazmas membrānas un šūnu subcelulāros nodalījumus (pūslīšus), kur izteikta GLUT 4.

Helices 3, 5, 7 un 11 ir sadalītas telpiski, lai veidotos hidrofils kanāls, caur kuru monosaharīds tiek tranzīts no ārpusšūnu telpas uz citosolu par labu koncentrācijas gradientam.

Olbaltumvielu aminogrupas un karboksilterminālie gali ir vērsti uz citoplazmu konformācijas konfigurācijā, kā rezultātā veidojas liela centrālā cilpa.

Platība, ko norobežo abi gali, apzīmē funkcionāli svarīgu olbaltumvielu reģionu, jo tas ir iesaistīts gan glikozes uzņemšanā, gan saistīšanā, gan reaģēšanā uz signālu pārnešanu uz insulīnu. Papildus tam, ka tas no citozoliskajiem vezikulārajiem nodalījumiem ved uz plazmas membrānu, kur tas darbosies kā transportētājs.

Kā notiek glikozes transportēšana caur GLUT4?

Tāpat kā visi glikozes pārvadātāju ģimenes locekļi, kas iesaistīti šīs heksozes (GLUT) atvieglotā pasīvā transportēšanā, arī GLUT4 ir α-spirāles daudzkārtējs transmembrāns proteīns.

Cukura saistīšanās izraisītā struktūras deformācija mobilizē saistošo vietu no membrānas ārējā veidola uz citozi, kur tas izdalās. Kad tas ir noticis, transportētājs atkal iegūst sākotnējo uzbūvi, tādējādi pakļaujot vietu glikozei membrānas ārpusē.

Iespējas

GLUT4 tipa glikozes transportētāja proteīns ir atbildīgs par glikozes mobilizēšanu no ārpusšūnu barotnes uz citosolu, reaģējot uz stimulu, ko rada pastiprināta insulīna sekrēcija audos, kas jutīgi pret šo hormonu, piemēram, tie integrē skeleta muskuļus un taukaudus.

Lai to labāk saprastu, ir svarīgi atcerēties, ka insulīns ir hormons, ko atbrīvo aizkuņģa dziedzera β šūnas, reaģējot uz augstu glikozes koncentrāciju asinīs, kustībā ieslēdzot fizioloģiskos mehānismus, kas veicina tā absorbciju šūnās, kā arī glikogēna sintēzi.

Ņemot vērā GLUT4 jutīgumu pret šo hormonu, tas darbojas kā primārā regulējošā glikozes absorbcijas mehānisma galvenais varonis. Galvenās lomas straujā glikozes mobilizācijā no asinīm, kad monosaharīdu koncentrācija sasniedz ļoti augstas vērtības. Pēdējais ir būtisks, lai saglabātu šūnu homeostāzi.

Šī ātrā glikozes absorbcija ir iespējama, pateicoties tam, ka šim transportētājam ir augsta afinitāte pret šo cukuru. Citiem vārdiem sakot, tas spēj to atklāt pat nelielā koncentrācijā, ātri sasaistīt vai notvert.

No otras puses, spēja noteikt glikozi zemā koncentrācijā izskaidro GLUT4 ekspresijas nozīmi skeleta muskuļu membrānās fiziskās slodzes laikā - darbībai, kurai ir nepieciešams liels enerģijas patēriņš.

GLUT4 pūslīšu mobilizācija no citosola uz membrānu

GLUT4 nesošo pūslīšu mobilizācijas mehānisms membrānai. Autors CNX OpenStax, no Wikimedia Commons.

Ja nav insulīna stimulācijas, apmēram 95% GLUT4 tiek piesaistīti citoplazmā pūslīšos no trans-Golgi tīkla.

Kad glikozes koncentrācija ievērojami pārsniedz fizioloģisko vērtību, tiek aktivizēta signālu kaskāde, kas no aizkuņģa dziedzera atbrīvo insulīnu.

Izdalītais insulīns tagad spēj saistīties ar insulīna receptoriem, kas atrodas uz miocītu un adipocītu membrānas, nosūtot nepieciešamos signālus, lai izraisītu eksocitozes aktivizēšanu. Pēdējais rezultāts ir GLUT4 nesošo pūslīšu saplūšana ar plazmas membrānu.

Šī saplūšana īslaicīgi palielina transportētāja koncentrāciju šo šūnu membrānā. Tas ir, tiklīdz glikozes līmenis asinīs pazeminās līdz sākotnējam līmenim, stimuls pazūd un transportieris tiek pārstrādāts, aktivizējot endocitozi.

Atsauces

1. Braiens NJ, Govers R, Džeimss DE. Regulēts glikozes transportētāja GLUT4 transportēšana. Nat Rev Mol Cell Biol., 2002; 3 (4): 267-277.
2. Henriksens EJ. Uzaicinātais pārskats: Akūtas fiziskās aktivitātes un vingrošanas apmācības ietekme uz rezistenci pret insulīnu. J Appl Physiol (1985). 2002. gads; 93 (2): 788-96.
3. Huangs S, Čehijas parlamenta deputāts. GLUT4 glikozes transportētājs. Šūnu metabolisms. 2007; 5 (4): 237-252.
4. Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Vingrinājumu ietekme uz GLUT4 un glikogenīna gēna ekspresiju cilvēka skeleta muskuļos. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
5. Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Insulīna stimulētas GLUT4 vezikulu tirdzniecības molekulārie pamati. Biol Chem., 1999; 274 (5): 2593–2596.
6. Šulingkamps RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. Insulīna receptori un insulīna darbība smadzenēs: pārskats un klīniskā ietekme. Neirozinātnes un biheiviorālās atsauksmes. 2000; 855-872.
7. Wood IS, Trayhurn P. Glikozes transportētājs (GLUT un SGLT): paplašinātas cukura transporta olbaltumvielu grupas. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3-9.Zhao FQ, Keating AF. Glikozes pārnesēju funkcionālās īpašības un genomika. Curr Genomics. 2007; 8 (2): 113.-28.