GLUT4: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

GLUT4 - це білок-транспортер глюкози з амінокислотою 509, який має високу спорідненість до цього цукру. Він належить до великої головної надсімейства фасилітаторів (MSF), що характеризується 12 трансмембранними альфа-спіралями. Як і всі члени цієї родини, він опосередковує полегшений транспорт глюкози вниз до її градієнта концентрації.

Його розташування обмежено клітинами, чутливими до стимуляції інсуліну, такими як адипоцити та міоцити. У цьому сенсі GLUT4 зірковує в первинному механізмі всмоктування глюкози в умовах гіперглікемії в крові.

GLUT4 - єдиний транспортер глюкози, регульований інсуліном. Автор Мейкер з Вікісховища.

Приблизно 95% синтезованої клітиною GLUT4 залишається в цитозолі в межах везикул. Ці везикули зливаються з плазматичною мембраною, опромінюючи в ній рецептор у відповідь на активацію інсулін-опосередкованого екзоцитозу.

Вправи на скелетні м’язи також здатні сприяти переселенню цього транспортера в клітинну мембрану, враховуючи високу потребу в енергії, яку ці клітини мають у цих умовах. Однак сигнали, що стимулюють його синтез при тривалих фізичних навантаженнях, досі невідомі.

характеристики

Як і конститутивний транспортер експресії GLUT1, GLUT4 має високу спорідненість до глюкози, що перетворюється на здатність зв'язувати глюкозу навіть тоді, коли концентрація цього цукру в крові досягає дуже низьких значень.

На відміну від ізоформ, відповідальних за транспортування глюкози в базальних умовах (GLUT1 та GLUT3), цей транспортер не експресується в клітинній мембрані ембріона.

Навпаки, він виражається лише в клітинах дорослих тканин, головним чином в периферичних тканинах, багатих високими концентраціями коричневого жиру, таких як серце, скелетний м’яз і жирова тканина. Однак його також виявили в клітинах гіпофіза та гіпоталамуса.

У цьому сенсі важливо підкреслити, що його розподіл, обмежене клітинами, чутливими до зміни концентрацій інсуліну, пов'язане з тим, що він має регульовану експресію цим гормоном. Інші дослідження показали, що скорочення м’язів також здатне чинити регулятивний вплив на експресію цього транспортера.

З іншого боку, дослідження міжклітинної локалізації показали, що GLUT2 має подвійне розташування між цитозолом та мембраною. У цитозольному відділенні, де розташований найвищий відсоток, він мешкає в різних відділеннях: в трансгольджі-мережі, ранній ендосомі, везикулах, вкритих або не клатріном, і тубуло-везикулярних цитоплазматичних структурах.

Будова

Як і всі члени родини транспортерів глюкози, які беруть участь у полегшеному пасивному транспортуванні цієї гексози (GLUTs), GLUT4 є багатопрохідним трансмембранним білком α-спіралі.

12 трансмембранних сегментів в конфігурації α-спіралі перетинають плазматичні мембрани та субклітинні відділення (везикули) клітин, де експресується GLUT 4.

Гелікси 3, 5, 7 і 11 просторово розподіляються, щоб призвести до утворення гідрофільного каналу, через який відбувається транзит моносахариду з позаклітинного простору до цитозолу на користь градієнта концентрації.

Кінцеві кінці білка аміно та карбоксилу орієнтовані на цитоплазму в конформаційній конфігурації, що призводить до утворення великої центральної петлі.

Область, обмежена обома кінцями, являє собою функціонально важливу область білка, оскільки вона бере участь як у поглинанні глюкози, так і в зв'язуванні, а також у відповіді на інсулінову сигналізацію. Окрім того, що він направляється з цитозольних везикулярних відділень до плазматичної мембрани, де він буде виконувати свою функцію транспортера.

Як відбувається транспортування глюкози через GLUT4?

Як і всі члени родини транспортерів глюкози, які беруть участь у полегшеному пасивному транспортуванні цієї гексози (GLUTs), GLUT4 є багатопрохідним трансмембранним білком у α-спіралі.

Деформація структури, індукована зв'язуванням цукру, мобілізує місце зв’язування від зовнішньої матриці мембрани до цитозолу, де вона вивільняється. Після цього транспортер знову набуває початкової конформації, піддаючи таким чином ділянку глюкози на зовнішній стороні мембрани.

Особливості

Білок переносника глюкози типу GLUT4 відповідає за проведення мобілізації глюкози з позаклітинного середовища в цитозол у відповідь на стимул, що утворюється при посиленій секреції інсуліну в клітинах тканин, чутливих до цього гормону, таких як вони інтегрують скелетний м’яз і жирову тканину.

Щоб краще зрозуміти це, важливо пам’ятати, що інсулін - це гормон, який виділяється β-клітинами підшлункової залози у відповідь на високі концентрації глюкози в крові, приводячи в рух фізіологічні механізми, що сприяють його всмоктуванню клітинами, а також синтезу глікогену.

Враховуючи чутливість GLUT4 до цього гормону, він виступає головним героєм первинного регуляторного механізму всмоктування глюкози. Відіграючи ключову роль у швидкій мобілізації глюкози з крові, коли концентрація моносахаридів досягає дуже високих значень. Останнє важливо для підтримки гомеостазу клітин.

Таке швидке всмоктування глюкози стає можливим завдяки високій спорідненості цього транспортера до цього цукру. Іншими словами, він здатний виявити його навіть у низьких концентраціях, швидко зв’язуючи або захоплюючи.

З іншого боку, здатність виявляти глюкозу в низьких концентраціях пояснює важливість експресії GLUT4 в мембранах скелетних м’язів під час фізичних вправ, діяльності, що потребує високих потреб у енергії.

Мобілізація везикул GLUT4 від цитозолу до мембрани

Механізм мобілізації везикул, що несуть GLUT4, до мембрани. Автор CNX OpenStax, від Wikimedia Commons.

За відсутності інсулінової стимуляції близько 95% GLUT4 рекрутується в цитоплазму всередині везикул із транс-Гольджі мережі.

Коли концентрація глюкози значно перевищує фізіологічне значення, спрацьовує сигнальний каскад, що призводить до вивільнення інсуліну з підшлункової залози.

Тепер вивільнений інсулін здатний зв'язуватися з рецептором інсуліну, який присутній на мембрані міоцитів і адипоцитів, посилаючи необхідні сигнали для спровокування активації екзоцитозу. Останнє призводить до злиття везикул, що несуть GLUT4, з плазматичною мембраною.

Це злиття тимчасово збільшує концентрацію транспортера в мембрані цих клітин. Тобто, як тільки рівень глюкози в крові падає до базового рівня, подразник зникає, а транспортер переробляється шляхом активації ендоцитозу.

Список літератури

1. Брайант Нью-Джерсі, Говерс Р, Джеймс DE. Регульований транспорт транспортера глюкози GLUT4. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002; 3 (4): 267-277.
2. Henriksen EJ. Запрошений огляд: Вплив гострої фізичної та фізичної підготовки на резистентність до інсуліну. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788–96.
3. Хуан С, чеський депутат. Транспортер глюкози GLUT4. Клітинний метаб. 2007 р .; 5 (4): 237-252.
4. Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Вплив вправ на GLUT4 та експресію гена глікогеніну в скелетних м’язах людини. J Appl Physiol (1985). 2000 р .; 88 (2): 794-6.
5. Пессін JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Молекулярна основа торгівлі везикулами GLUT4, стимульованої інсуліном. Biol Chem. 1999; 274 (5): 2593-2596.
6. Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. Рецептори інсуліну та дія інсуліну в головному мозку: огляд та клінічні наслідки. Нейрознавство та біобіовіологічні огляди. 2000 р .; 855-872.
7. Wood IS, Trayhurn P. Транспортери глюкози (GLUT та SGLT): розширені родини білків транспорту цукру. Br J Nutr. 2003 р .; 89 (1): 3-9. Чжао FQ, Кітінг АФ. Функціональні властивості та геноміка транспортерів глюкози. Curr Genomics. 2007 р .; 8 (2): 113-28.