GLUT1: JELLEMZŐK, SZERKEZET, FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2025

A GLUT1 egy transzmembrán fehérje, amely elősegíti a glükóz passzív szállítását a plazmamembránon keresztül az extracelluláris térből a sejtbe.

Kimutatták, hogy a glükóz mellett további hat széncukrot, például galaktózt, glükózamint és mannózt is képes mobilizálni. Ez viszont lehetővé teszi a C-vitamin felvételét és szállítását olyan sejtekbe, amelyek nem képesek előállítani.

A glükóz transzporter kristályszerkezete GLUT1. Írta: A2-33, a Wikimedia Commons-tól.

Mivel a GLUT1 által szállított összes molekula részt vesz a sejt energiatermelési útvonalaiban, ennek a transzporternek az expressziója nagyon fontos metabolikus szerepet játszik.

Valójában azok a mutációk, amelyek megváltoztatják vagy megszüntetik a funkcionális GLUT1 expresszióját, számos betegség megjelenését eredményezik, amelyek a lassú neurológiai fejlődéshez és korlátozott agynövekedéshez vezetnek.

Glükóz transzport sejtekben és GLUT1 transzporterek

A glükóz az előnyben részesített szén- és energiaforrás az életfát alkotó sejtek többségében. Mivel nem elég kicsi és hidrofób ahhoz, hogy önmagában áthaladjon a sejtmembránon, a sejtbe történő transzportja transzporter fehérjék segítségét igényli.

Két különleges szállítóközvetítő szállítási mechanizmust javasoltak erre a cukorra. Az egyik egy passzív szállítási rendszerre reagál (megkönnyített diffúzió), a másik pedig egy aktív szállítási rendszerre.

Az első nem igényel energiát az energiaellátáshoz, és egy koncentráció-gradiensen keresztül történik, azaz egy magas glükózkoncentrációjú helyről egy olyan helyre, ahol a koncentráció alacsonyabb.

Az aktív glükózszállítást olyan transzporterek hajtják végre, amelyek energiát nyernek a nátrium-ion együttes szállításából.

Ezzel szemben a glükóz megkönnyített (passzív) diffúzióját a GLUT nevű kaputípusú transzporterek családja végzi (angolul a „Glucose Transporters” betűszóként), amely családba tartozik a GLUT1. Ezek kötődnek a glükózhoz a sejt külső oldalán és szállítják a citoszolhoz. Legalább ötet azonosítottak, és megoszlásuk eltérőnek tűnik az emlősök különböző szöveteiben.

A GLUT1 tulajdonságai

A GLUT1 glükóz transzporter által alkalmazott szállítási mechanizmus. Írta: Emma Dittmar - Saját munka, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

A GLUT1 egy nemorter glükóz transzporter, azaz képes a glükóznak csak egy irányban történő szállítására a sejt kívülről a citoszolba.

A megkönnyített diffúziós transzporter (MSF) szupercsaládhoz tartozik, amely sokféle szervezetben széles körben elterjedt. Nagyon sok kicsi szerves molekula transzmembrán transzportjában is részt vesz.

A 492 aminosavból álló peptidszekvenciája erősen konzerválódott a különféle szervezetekben, ahol azonosították, ami nem nehéz elhinni, mivel a glükóz felhasználása az energia előállításához képezi az élet metabolikus fajának a központját.

A GLUT 1 szerkezete

A GLUT1 egy integrált multipass membránfehérje, amely 492 aminosavmaradékból áll. Az integrált membránfehérje ilyen típusára jellemző, hogy a lipid kettős réteget többször átkeresztezik.

A fehérjék háromdimenziós kémiai szerkezetét általában röntgenkrisztallográfiával határozzák meg. Ez utóbbi módszer a biokémikusok által széles körben alkalmazott szerkezeti modell rekonstruálására a vizsgált fehérje tiszta kristályainak felhasználásával.

Nagyon konzervált fehérjékben, például a GLUT1, elegendő lehet egyetlen szervezet fehérjeszerkezetének meghatározása. Ez az oka annak, hogy a kutatók eddig meghatározták az E3229 mutáns GLUT1 kristályszerkezetét.

A GLUT1 szerkezetét, mint a fő segítő szupercsalád (MSF) többi tagjának, a 12 transzmembrán helikáció képviseli.

Ezenkívül a GLUT1 E3229-ben a peptid amino- és karboxil-terminálisai pszeudo-szimmetrikusak és a citoszol felé irányulnak. Ezen végek elrendezése olyan zsebet vagy üreget hoz létre, amely nyitott a sejt belsejében, és amely a glükóz kötőhelye.

A GLUT1 szerkezetének megváltozása határozza meg a glükóz transzportját a sejtbe

Mivel a glükózt általában a sejt kívülről szállítják, az a megállapítás, hogy ennek a cukornak a kötőhelye a citoszol felé van orientálva, némi zavart okoz.

Ez a zavar azonban megoldást talál a biokémiai vizsgálatok eredményeiben, amelyek arra utalnak, hogy megváltozik a fehérje alakja, lehetővé téve, hogy a glükózkötő hely először a membrán egyik oldalán, majd a másik oldalán legyen kitéve.

Ez nem azt jelenti, hogy a fehérje a membránon keresztül forog, hanem inkább azt, hogy a cukor megkötése bevezeti a változást oly módon, hogy a kapuhoz hasonlóan a glükóz ki van téve a belső térben.

GLUT 1 Jellemzők

Mivel a GLUT1 konstitutív expressziós transzporter, vagyis mindig a legtöbb emlős sejtben expresszálódik, az általa végzett funkciók létfontosságúak ezeknek a sejteknek. Valójában a magzat szinte minden szövetében kifejeződik pontosan azért, mert a fejlődés fázisaiban magas energiaellátásra van szükség a növekedés biztosításához.

Néhány szövetben, például a májban azonban expressziója csökken a születés után, ahol más izoformák, például a GLUT4 expressziója fokozódott.

Az eritrociták esetében alapvető fontosságú, mivel az utóbbi kizárólag az energia glükózától függ, mivel hiányzik a mitokondriumok. Ennek ellenére továbbra is felelős a glükóz felvételéből, hogy támogassa a más sejttípusok légzését.

Mivel a GLUT1 magas koncentrációt ér el sok szerv és szövet vaszkuláris endoteliális sejtjeiben, egyik funkciója a vér glükózszívása.

Más hexózok, például a mannóz, galaktóz és a glükozamin GLUT1 általi szállítása nem kérdőjelezi meg az energiametabolizmussal fennálló közvetlen kapcsolatát, mivel ezekből a hexózokból ATP származhat.

Ezen túlmenően a C-vitamin felvétele és szállítása sejtekbe, amelyek képtelenek annak szintetizálására, szintén az egyik feladat volt erről a mindenütt jelen lévő receptorról.

Irodalom

1. Chen LY, Phelix CF. A glükóz transzcelluláris extracelluláris gátlása a GLUT-on keresztül 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019; 511 (3): 573-578.
2. Cunningham P, Naftalin RJ. az eltérő hőmérséklet-érzékeny glükóz-transzport megkettőződése a T295M glükóz transzporter hiányos mutáns (GLUT1DS) segítségével az alternatív hozzáférésű és a helyhez kötött transzportmodellek esetében. J Membr Biol., 2013; 246 (6): 495-511.
3. Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. A GLUT1 humán glükóz transzporter kristályszerkezete. Természet. 2014 510 (7503): 121-125.
4. Deng D, Yan N. A GLUT1 és GLUT3 humán glükóz transzporterek kristályosodása és szerkezeti meghatározása. Methods Mol Biol., 2018; 1713: 15-29.
5. Fu X, Zhang G, Liu R, Wei J, Zhang-Negrerie D., Jian X, Gao Q. A GLUT1 által közvetített humán glükózszállítás mechanikus vizsgálata. J Chem Inf modell. 2016; 56 (3): 517-526.
6. Mueckler M, Makepeace C. A GLUT1 glükóz transzporter 8. transzmembrán szegmensének elemzése cisztein szkennelési mutagenezissel és helyettesített cisztein hozzáférhetőséggel. J Biol Chem., 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. Philip L. 13. fejezet - Membránszállítás. A sejtek membránjai (harmadik kiadás). 2016, 335-378.
8. Simmons R. Sejtek glükózszállítás és glükózkezelés magzati és újszülöttkori fejlődés során. Magzati és újszülött élettan (ötödik kiadás). 2017-re; 1 428-435.