GLUT: FUNCTIES, BELANGRIJKSTE GLUCOSETRANSPORTERS - BIOLOGIE - 2025

De GLUT is een serie transportbanden die verantwoordelijk zijn voor het uitvoeren van het passieve glucosetransport naar het cytosol van een grote verscheidenheid aan zoogdiercellen.

De meeste GLUT's die tot nu toe zijn geïdentificeerd, zijn echter niet specifiek voor glucose. Integendeel, ze zijn in staat om verschillende suikers zoals mannose, galactose, fructose en glucosamine te transporteren, evenals andere soorten moleculen zoals uraten en mannositol.

Typische structuur van een GLUT-glucosetransporteur. Door A2-33, van Wikimedia Commons.

Tot op heden zijn er ten minste 14 GLUT's geïdentificeerd. Ze hebben allemaal gemeenschappelijke structurele kenmerken en verschillen zowel in weefseldistributie als in het type molecuul dat het draagt. Daarom lijkt elk type aangepast te zijn aan verschillende fysiologische omstandigheden waarin het een bepaalde metabolische rol vervult.

Mobilisatie van glucose in cellen

De meeste levende cellen zijn afhankelijk van de gedeeltelijke of totale oxidatie van glucose om de energie te verkrijgen die nodig is om hun vitale processen uit te voeren.

Het binnendringen van dit molecuul in het cytosol van de cel, waar het wordt gemetaboliseerd, is afhankelijk van de hulp van transporteiwitten, aangezien het groot en polair genoeg is om zelf de lipidedubbellaag te kunnen passeren.

In eukaryote cellen zijn twee belangrijke soorten transporteurs geïdentificeerd die betrokken zijn bij de mobilisatie van deze suiker: de Na + / glucose cotransporters (SGLT) en de GLUT-uniporters.

De eersten gebruiken een secundair actief transportmechanisme, waarbij het Na + cotransport de drijvende energie levert om het proces uit te voeren. Terwijl de laatste een gefaciliteerde passieve beweging uitvoeren, een mechanisme dat geen energie vereist en in het voordeel is van de concentratiegradiënt van suiker.

Transportmechanisme gebruikt door GLUT hexose transporteurs. Door Emma Dittmar - Eigen werk, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT-transportbanden

GLUT-transporters, voor het acroniem in het Engels voor "Glucose Transporters", zijn een groep van gate-type transporters die verantwoordelijk zijn voor het passieve transport van glucose van het extracellulaire medium naar het cytosol.

Ze behoren tot de grote superfamilie van gefaciliteerde diffusietransporters (MSF), bestaande uit een groot aantal transporteurs die verantwoordelijk zijn voor het transmembraantransport van een grote verscheidenheid aan kleine organische moleculen.

Hoewel hun naam erop lijkt te wijzen dat ze alleen glucose transporteren, hebben deze transporteurs verschillende specificiteiten voor verschillende monosacchariden met zes koolstofatomen. Daarom zijn het, meer dan glucosetransporters, hexose-transporters.

Tot op heden zijn er ten minste 14 GLUT's geïdentificeerd en hun locatie lijkt weefselspecifiek te zijn bij zoogdieren. Dat wil zeggen, elke isovorm wordt tot expressie gebracht in zeer specifieke weefsels.

In elk van deze weefsels variëren de kinetische kenmerken van deze transporteurs aanzienlijk. Dit laatste lijkt erop te wijzen dat elk van hen is ontworpen om te reageren op verschillende metabole behoeften.

Structuur

De 14 GLUT's die tot nu toe zijn geïdentificeerd, hebben een reeks gemeenschappelijke structurele kenmerken.

Ze zijn allemaal integrale multipass-membraaneiwitten, dat wil zeggen dat ze de lipidedubbellaag meerdere keren passeren door transmembraansegmenten die rijk zijn aan hydrofobe aminozuren.

De peptidesequentie van deze transporters varieert tussen 490-500 aminozuurresiduen en hun driedimensionale chemische structuur is vergelijkbaar met die gerapporteerd voor alle andere leden van de belangrijkste facilitator-superfamilie (MSF).

Deze structuur wordt gekenmerkt door het presenteren van 12 transmembraansegmenten in een α-helixconfiguratie en een sterk geglycosyleerd extracellulair domein dat, afhankelijk van het type GLUT, gelokaliseerd kan zijn in de gevormde derde of vijfde lus.

Bovendien zijn de amino- en carboxyl-uiteinden van het eiwit gericht op het cytosol en vertonen ze een zekere mate van pseudosymmetrie. De manier waarop deze uiteinden ruimtelijk zijn gerangschikt, geeft aanleiding tot een open holte die de bindingsplaats vormt voor glucose of voor elk ander te transporteren monosaccharide.

In die zin wordt de vorming van de porie waardoor de suiker stroomafwaarts van de bindingsplaats stroomt, bepaald door een centrale opstelling van helices 3, 5, 7 en 11. Al deze hebben een hoge dichtheid van polaire residuen die de vorming van de interne hydrofiele omgeving van de porie vergemakkelijken.

Classificatie

GLUT's zijn geclassificeerd in drie grote klassen op basis van de mate van gelijkenis van de peptidesequentie, evenals de positie van het geglycosyleerde domein.

GLUT's die behoren tot de klassen I en II beperken het sterk geglycosyleerde domein tot de eerste extracellulaire lus die zich tussen de eerste twee transmembraansegmenten bevindt. Terwijl het in klasse III beperkt is tot de negende lus.

In elk van deze klassen variëren de homologiepercentages tussen de peptidesequenties tussen 14 en 63% in minder geconserveerde regio's en tussen 30 en 79% in sterk geconserveerde regio's.

Klasse I bestaat uit GLUT1-, GLUT2-, GLUT3-, GLUT4- en GLUT14-transporteurs. Klasse II voor GLUT5, 7, 9 en 11. En klasse III voor GLUT6, 8, 10 en 12 en 13.

Het is belangrijk om te vermelden dat elk van deze transporters verschillende locaties, kinetische kenmerken, substraatspecificiteiten en functies heeft.

Belangrijkste glucosetransporters en -functies

GLUT1

Het komt voornamelijk tot uiting in erytrocyten, hersencellen, placenta en nieren. Hoewel de belangrijkste functie is om deze cellen te voorzien van de glucosespiegels die nodig zijn om de cellulaire ademhaling te ondersteunen, is het verantwoordelijk voor het transport van andere koolhydraten zoals galactose, mannose en glucosamine.

GLUT2

Hoewel zeer specifiek voor glucose, heeft GLUT2 een hogere affiniteit voor glucosamine. Het is echter ook in staat fructose, galactose en mannose naar het cytosol van lever-, pancreas- en niercellen van het dunne darmepitheel te transporteren.

GLUT3

Hoewel het een hoge affiniteit heeft voor glucose, bindt en transporteert GLUT3 ook galactose, mannose, maltose, xylose en dehydroascorbinezuur met een lagere affiniteit.

Het komt voornamelijk tot expressie in embryonale cellen, dus het onderhoudt het continue transport van deze suikers van de placenta naar alle cellen van de foetus. Bovendien is het gedetecteerd in spier- en testiculaire cellen.

GLUT4

Het heeft een hoge affiniteit voor glucose en komt alleen tot uiting in insulinegevoelige weefsels. Daarom wordt het geassocieerd met glucosetransport gestimuleerd door dit hormoon.

GLUT8

Het transporteert zowel glucose als fructose naar het inwendige van lever-, zenuw-, hart-, darm- en vetcellen.

GLUT9

Naast het transport van glucose en fructose, heeft het een hoge affiniteit voor uraten, en daarom bemiddelt het hun opname in niercellen. Er is echter gevonden dat het ook tot expressie wordt gebracht in leukocyten en cellen van de dunne darm.

GLUT12

In skeletspieren wordt deze transporter getransloceerd naar het plasmamembraan als reactie op insuline, en werkt zo als reactiemechanismen op dit hormoon. De expressie ervan is ook bepaald in cellen van de prostaat, placenta, nieren, hersenen en borstklieren.

GLUT13

Het voert het specifieke gekoppelde transport van myoinositol en waterstof uit. Hiermee draagt ​​het bij aan het verlagen van de pH van de cerebrospinale vloeistof tot waarden dichtbij 5,0 door zenuwcellen die het cerebellum, hypothalamus, hippocampus en hersenstam vormen.

Referenties

1. Augustin R. kritische recensie. De eiwitfamilie van glucosetransportfacilitatoren: het gaat tenslotte niet alleen om glucose. IUBMB Leven. 2010; 62 (5): 315-33.
2. Bell GI, Kayano T, Buse JB, Burant CF, Takeda J, Lin D, Fukumoto H, Seino S.Moleculaire biologie van glucosetransporters bij zoogdieren. Diabetes Zorg. 1990; 13 (3): 198-208.
3. Castrejón V, Carbó R, Martínez M. Moleculaire mechanismen betrokken bij glucosetransport. REB. 2007; 26 (2): 49-57.
4. Joost HG, Thorens B. De uitgebreide GLUT-familie van suiker / polyoltransportfacilitatoren: nomenclatuur, sequentiekenmerken en mogelijke functie van de nieuwe leden (recensie). Mol Membr Biol.2001; 18 (4): 247-56.
5. Kinnamon SC, Finger TE. Een smaak voor ATP: neurotransmissie in smaakpapillen. Front Cell Neurosci. 2013; 7: 264.
6. Scheepers A, Schmidt S, Manolescu A, Cheeseman CI, Bell A, Zahn C, Joost HG, Schürmann A.Karakterisering van het menselijke SLC2A11 (GLUT11) -gen: alternatief promotorgebruik, functie, expressie en subcellulaire distributie van drie isovormen, en gebrek aan muisortholoog. Mol Membr Biol.2005; 22 (4): 339-51.
7. Schürmann A. Inzicht in de "vreemde" hexose-transporters GLUT3, GLUT5 en GLUT7. Ben J Physiol Endocrinol Metab. 2008; 295 (2): E225-6.
8. Thorens B, Mueckler M. Glucosetransporteurs in de 21e eeuw. Ben J Physiol Endocrinol Metab. 2010; 298 (2): E141-145.
9. Yang H, Wang D, Engelstad K, Bagay L, Wei Y, Rotstein M, Aggarwal V, Levy B, Ma L, Chung WK, De Vivo DC. Glut1-deficiëntiesyndroom en erytrocytglucose-opname-assay. Ann Neurol. 2011; 70 (6): 996-1005.