- karakteristike
- Struktura
- Kako nastaje transport glukoze kroz GLUT4?
- Značajke
- Mobilizacija GLUT4 vezikula iz citosola u membranu
- Reference
GLUT4 je prijenosnik proteina glukoze od 509 aminokiselina koji ima visoki afinitet prema ovom šećeru. Pripada velikoj glavnoj superfamiliji facilitatora (MSF) koju karakterizira 12 transmembranskih alfa ivica. Kao i svi članovi ove obitelji, i on posreduje olakšani transport glukoze niz njezin koncentracijski gradijent.
Njegova lokacija ograničena je na stanice osjetljive na stimulaciju inzulina, poput adipocita i miocita. U tom smislu, GLUT4 ima zvijezdu u primarnom mehanizmu apsorpcije glukoze u uvjetima hiperglikemije u krvi.
GLUT4 je jedini prijenosnik glukoze koji regulira Insulin. Autor Meiquer, iz Wikimedia Commons.
Otprilike 95% GLUT4 sintetiziranog u stanici ostaje u citosolu unutar vezikula. Ove vezikule spajaju se s plazma membranom, izlažući njihov receptor kao odgovor na aktivaciju egzocitoze posredovane inzulinom.
Vježbanje skeletnih mišića također može potaknuti izmještanje ovog transportera u staničnoj membrani s obzirom na veliku potražnju energije koju ove stanice imaju u tim uvjetima. Međutim, signali koji potiču njegovu sintezu tijekom produljene fizičke aktivnosti još uvijek nisu poznati.
karakteristike
Kao i konstitutivni transporter ekspresije GLUT1, i GLUT4 ima visoki afinitet prema glukozi, što se pretvara u sposobnost vezanja glukoze čak i kada koncentracija ovog šećera u krvi dosegne vrlo niske vrijednosti.
Nasuprot izoformama odgovornim za transport glukoze u bazalnim uvjetima (GLUT1 i GLUT3), ovaj transporter nije eksprimiran u staničnoj membrani embriona.
Suprotno tome, izražava se samo u stanicama odraslih tkiva, uglavnom u perifernim tkivima bogatim visokim koncentracijama smeđe masti, poput srca, koštanih mišića i masnog tkiva. Međutim, otkriven je i u stanicama hipofize i hipotalamusa.
U tom je smislu važno naglasiti da je njegova distribucija ograničena na stanice osjetljive na promjene u koncentracijama inzulina povezana s činjenicom da on predstavlja reguliranu ekspresiju ovog hormona. Druga su istraživanja pokazala da je kontrakcija mišića također u mogućnosti izvršiti regulatorni učinak na ekspresiju ovog transportera.
S druge strane, ispitivanja staničnih stanica su pokazala da GLUT2 ima dvostruko mjesto između citosola i membrane. U citosolnom odjeljku gdje se nalazi najveći postotak nalazi se u raznim odjeljcima: u trans-golgijevoj mreži, ranom endosomu, vezikulama prekrivenim klatrinom ili ne, te tubulo-vezikularnim citoplazmatskim strukturama.
Struktura
Kao i svi članovi obitelji transportera glukoze koji sudjeluju u olakšanom pasivnom transportu ove heksoze (GLUTs), GLUT4 je α-helix multipass transmembranski protein.
12 transmembranskih segmenata u konfiguraciji α-helix prelaze plazma membrane i subcelularne odjeljke (vezikule) stanica u kojima je GLUT 4 izražen.
Helice 3, 5, 7 i 11 su prostorno raspoređene da bi se stvorio hidrofilni kanal kroz koji dolazi tranzit monosaharida iz vanćelijskog prostora u citosol u korist koncentracije gradijenta.
Krajevi proteina amino i karboksilnog kraja su orijentirani prema citoplazmi, u konformacijskoj konfiguraciji koja rezultira stvaranjem velike središnje petlje.
Područje ograničeno s oba kraja predstavlja funkcionalno važno područje proteina, jer je uključeno u unos i vezivanje glukoze i u odgovoru na signalizaciju inzulina. Pored usmjeravanja iz citosolnih pretvarača u plazma membranu gdje će vršiti svoju funkciju transportera.
Kako nastaje transport glukoze kroz GLUT4?
Kao i svi članovi obitelji transportera glukoze koji sudjeluju u olakšanom pasivnom transportu ove heksoze (GLUTs), GLUT4 je višepasični transmembranski protein u α-helixu.
Deformacija strukture inducirana vezanjem šećera mobilizira mjesto vezanja od vanjske matrice membrane do citosola gdje se oslobađa. Jednom kada se to dogodi, transporter ponovo dobiva svoju početnu konformaciju, izlažući tako mjesto glukozi s vanjske strane membrane.
Značajke
Protein transportera glukoze tipa GLUT4 odgovoran je za provođenje mobilizacije glukoze iz vanćelijskog medija u citosol, kao odgovor na poticaj nastao pojačanom sekrecijom inzulina u stanicama tkiva osjetljivim na ovaj hormon, poput onih koje oni integriraju skeletni mišić i masno tkivo.
Da bismo ovo bolje razumjeli, važno je zapamtiti da je inzulin hormon koji oslobađaju β stanice gušterače kao odgovor na visoke koncentracije glukoze u krvi, pokrećući fiziološke mehanizme u pokretu koji promiču njegovu apsorpciju u stanicama kao i sintezu glikogena.
S obzirom na osjetljivost GLUT4 na ovaj hormon, on djeluje kao glavni pokretač primarnog regulatornog mehanizma apsorpcije glukoze. Igra ključnu ulogu u brzoj mobilizaciji glukoze iz krvi kada koncentracije monosaharida dosegnu vrlo visoke vrijednosti. Potonje je neophodno za održavanje homeostaze stanica.
Ova brza apsorpcija glukoze omogućena je zbog visokog afiniteta koji ovaj transporter ima za ovaj šećer. Drugim riječima, sposobno je otkriti ga čak i u malim koncentracijama, brzo ga vezati ili zarobiti.
S druge strane, sposobnost otkrivanja glukoze u niskim koncentracijama objašnjava važnost GLUT4 ekspresije u membranama skeletnih mišića tijekom vježbanja, aktivnosti koja ima veliku potrošnju energije.
Mobilizacija GLUT4 vezikula iz citosola u membranu
Mehanizam mobilizacije vezikula koji nose GLUT4 na membranu. Autor CNX OpenStax, iz Wikimedia Commons.
U nedostatku stimulacije inzulina, oko 95% GLUT4 se regrutuje u citoplazmu unutar vezikula iz trans Golgijeve mreže.
Kad koncentracije glukoze daleko premašuju fiziološku vrijednost, pokreće se signalna kaskada koja dovodi do oslobađanja inzulina iz gušterače.
Oslobođeni inzulin sada se može vezati na inzulinski receptor prisutan na membrani miocita i adipocita, slanjem potrebnih signala da pokrene aktivaciju egzocitoze. Posljednje rezultira spajanjem GLUT4 nosivih vezikula s plazma membranom.
Ova fuzija prolazno povećava koncentraciju transportera u membrani ovih stanica. To jest, nakon što razina glukoze u krvi padne na početnu vrijednost, podražaj nestaje i prijenosnik se reciklira aktiviranjem endocitoze.
Reference
- Bryant NJ, Govers R, James DE. Regulirani transport transportera glukoze GLUT4. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002; 3 (4): 267-277.
- Henriksen EJ. Pozvani pregled: Učinci akutnog vježbanja i vježbanja na otpornost na inzulin. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788-96.
- Huang S, češki zastupnik. GLUT4 transporter glukoze. Stanični metab. 2007; 5 (4): 237-252.
- Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Učinci vježbanja na ekspresiju gena GLUT4 i glikogenina u ljudskom skeletnom mišiću. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
- Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Molekularna osnova prometa GLUS4 stimuliranih vezikula. Biol Chem. 1999; 274 (5): 2593-2596.
- Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. Receptori inzulina i djelovanje inzulina u mozgu: pregled i kliničke posljedice. Neuroznanost i biobehevioralni pregledi. 2000; 855-872.
- Wood IS, Trayhurn P. Transporteri glukoze (GLUT i SGLT): proširene obitelji proteina za transport šećera. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3-9, Zhao FQ, Keating AF. Funkcionalna svojstva i genomika transportera glukoze. Curr Genomics. 2007; 8 (2): 113-28.