GLUT1: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

GLUT1 - трансмембранний білок, відповідальний за полегшення пасивного транспорту глюкози через плазматичну мембрану, від позаклітинного простору до клітини.

Крім глюкози, було показано, що він також може мобілізувати інші шість вуглецевих цукрів, такі як галактоза, глюкозамін та манноза. У свою чергу, це дозволяє засвоювати та транспортувати вітамін С у клітини, які не здатні його виробляти.

Кристалічна структура транспортера глюкози GLUT1. За A2-33, з Вікісховища.

Оскільки всі молекули, які транспортуються GLUT1, беруть участь у шляхах генерації енергії в клітині, експресія цього транспортера відіграє дуже важливу метаболічну роль.

Насправді, мутації, які змінюють або скасовують експресію функціональної GLUT1, призводять до появи численних захворювань, пов’язаних з повільним неврологічним розвитком та обмеженим ростом мозку.

Транспорт глюкози в клітинах та транспортерах GLUT1

Глюкоза є кращим джерелом вуглецю та енергії для більшості клітин, що складають дерево життя. Оскільки він недостатньо малий і гідрофобний, щоб сам перетинати клітинні мембрани, його транспортування в клітину вимагає допомоги білків-транспортерів.

Для цього цукру були запропоновані два конкретні транспортні механізми, опосередковані транспортерами. Один з них реагує на пасивну транспортну систему (полегшена дифузія), а другий - на активну транспортну систему.

Перший не вимагає проведення енергії і відбувається через градієнт концентрації, тобто з місця підвищеної концентрації глюкози до місця, де концентрація нижча.

Активний транспорт глюкози здійснюється транспортерами, які отримують енергію від спільного транспортування іонів натрію.

Навпаки, полегшену (пасивну) дифузію глюкози здійснює сім'я транспортерів типу "ГЛУТ" (за абревіатурою англійською мовою "Glucose Transports"), сімейство до якої належить GLUT1. Вони зв’язують глюкозу на зовнішній стороні клітини і транспортують її до цитозолу. Принаймні 5 з них були ідентифіковані, і їх розподіл у різних тканинах ссавців відрізняється.

Особливості GLUT1

Транспортний механізм, що використовується транспортером глюкози GLUT1. Автор Емма Дітмар - власна робота, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT1 - це універсальний транспортер глюкози, тобто здатний здійснювати транспортування глюкози лише в одному напрямку, ззовні клітини до цитозолу.

Він належить до надсімейства полегшеного дифузійного транспорту (МСФ), яке широко поширене у багатьох різних організмах. Він також бере участь у трансмембранному транспорті великої кількості малих органічних молекул.

Його пептидна послідовність із 492 амінокислот дуже зберігається в різних організмах, де їх було виявлено, що не важко повірити, враховуючи, що використання глюкози для виробництва енергії є центром метаболічного дерева життя.

Структура GLUT 1

GLUT1 - це інтегральний багатопропускний мембранний білок, що складається з 492 залишків амінокислот. Цей тип інтегрального білка мембрани характеризується схрещуванням ліпідного двошарового декількох разів.

Тривимірна хімічна структура білків, як правило, визначається за допомогою рентгенологічної кристалографії, остання - це метод, який широко використовується біохіміками для реконструкції структурної моделі з використанням чистих кристалів білка, що вивчається.

У висококонсервованих білках, таких як GLUT1, визначення структури білка одного організму може бути достатнім. Саме з цієї причини дослідники до цих пір визначили кристалічну структуру GLUT1 мутанта E3229.

Як і у всіх інших членів основної фамілітаторної надсемейства (MSF), структура GLUT1 представлена ​​12 трансмембранними спіралями.

Крім того, в GLUT1 E3229 аміно- і карбоксильні терміни пептиду є псевдосиметричними і орієнтовані на цитозол. Розташування цих кінців створює кишеню або порожнину, яка є відкритою всередині клітини і являє собою місце зв'язування глюкози.

Зміна структури GLUT1 визначає транспорт глюкози в клітину

Оскільки глюкоза зазвичай транспортується із зовнішньої сторони всередину клітини, то виявлення того, що сайт зв'язування цього цукру орієнтований на цитозол, викликає певну плутанину.

Однак ця плутанина знаходить рішення в результатах біохімічних досліджень, які дозволяють припустити, що в формі білка відбувається зміна, що дозволяє місця зв’язування глюкози піддаватися спочатку з одного боку мембрани, а потім з іншого.

Це не означає, що білок обертається через мембрану, а швидше, що зв'язування цукру вносить зміни таким чином, що, подібно до воріт, піддає глюкозу всередині.

GLUT 1 Особливості

Оскільки GLUT1 є конститутивним транспортером експресії, тобто він завжди експресується в більшості клітин ссавців, функції, які він виконує, є життєво важливими для цих клітин. Насправді він виражається майже у всіх тканинах плода саме через те, що для забезпечення росту потрібен високий запас енергії.

Однак його експресія знижується після народження в деяких тканинах, таких як печінка, де експресія інших ізоформ, таких як GLUT4, зараз посилюється.

Для еритроцитів це має принципове значення, оскільки останні залежать виключно від енергії глюкози, оскільки їм не вистачає мітохондрій. Однак він все ще відповідає за поглинання глюкози для підтримки дихання в інших типах клітин.

Оскільки GLUT1 досягає високої концентрації в ендотеліальних клітинах судин багатьох органів і тканин, однією з його функцій є перенесення глюкози з крові.

Транспорт інших гексоз, таких як манноза, галактоза та глюкозамін GLUT1, не ставить під сумнів його прямий зв’язок з енергетичним обміном, оскільки АТФ може генеруватися з усіх цих гексоз.

Крім того, поглинання та транспортування вітаміну С в клітини, нездатні синтезувати його, також були однією з функцій, про які повідомляли цей всюдисущий рецептор.

Список літератури

1. Chen LY, Phelix CF. Позаклітинна решітка транспорту глюкози через GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019 рік; 511 (3): 573-578.
2. Каннінгем П, Нафталін RJ. наслідки аберантного температурно-чутливого транспорту глюкози через мутант дефіциту транспортера глюкози (GLUT1DS) T295M для моделей транспорту з альтернативним доступом та транспортуванням на фіксованому місці. J Membr Biol. 2013; 246 (6): 495-511.
3. Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. Кристалічна структура людського транспортера глюкози GLUT1. Природа. 2014 рік; 510 (7503): 121-125.
4. Ден Д, Ян Н. Кристалізація та структурне визначення людських транспортерів глюкози GLUT1 та GLUT3. Методи Mol Biol. 2018; 1713: 15-29.
5. Фу Х, Чжан Г, Лю Р, Вей Дж, Чжан-Негрері Д, Цзянь Х, Гао Q. Механічне дослідження транспорту глюкози людини за посередництва GLUT1. J Chem Inf Model. 2016 рік; 56 (3): 517-526.
6. Mueckler M, Makepeace C. Аналіз трансмембранного сегмента 8 транспортера глюкози GLUT1 шляхом мутагенезу на сканування цистеїном та доступності заміщеного цистеїну. J Biol Chem. 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. Філіп Л. Глава 13 - Мембранний транспорт. Мембрани клітин (Третя редакція). 2016. С. 335-378.
8. Сіммонс Р. Транспорт клітинної глюкози та обробка глюкози під час внутрішньоутробного та неонатального розвитку. Фетальна та неонатальна фізіологія (П’яте видання). 2017 рік; 1 С. 428-435.