GLUT1: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

GLUT1 este o proteină transmembranară responsabilă de facilitarea transportului pasiv al glucozei pe membrana plasmatică, din spațiul extracelular în celulă.

În plus față de glucoză, s-a demonstrat că poate mobiliza și alte șase zaharuri de carbon, cum ar fi galactoza, glucozamina și manoza. La rândul său, permite absorbția și transportul vitaminei C în celule care nu sunt în măsură să o producă.

Structura cristalină a transportorului de glucoză GLUT1. Prin A2-33, de la Wikimedia Commons.

Deoarece toate moleculele transportate de GLUT1 sunt implicate în căile de generare a energiei în celulă, expresia acestui transportor joacă un rol metabolic foarte important.

De fapt, mutațiile care modifică sau abolesc expresia unui GLUT1 funcțional au ca rezultat apariția a numeroase boli asociate cu dezvoltarea neurologică lentă și creșterea limitată a creierului.

Transportul de glucoză în celule și transportatorii GLUT1

Glucoza este sursa preferată de carbon și energie pentru majoritatea celulelor care alcătuiesc arborele vieții. Deoarece nu este suficient de mic și hidrofob pentru a traversa membranele celulare singure, transportul său în celulă necesită ajutorul proteinelor transportoare.

Pentru acest zahăr au fost propuse două mecanisme de transport specifice mediate de transportatori. Unul dintre ei răspunde la un sistem de transport pasiv (difuziune facilitată) și al doilea la un sistem de transport activ.

Primul nu necesită realizarea de energie și apare printr-un gradient de concentrație, adică dintr-un loc cu concentrație ridicată de glucoză la unul în care concentrația este mai mică.

Transportul activ al glucozei este efectuat de către transportorii care obțin energie din transportul de ioni de sodiu.

În schimb, difuzarea facilă (pasivă) a glucozei este realizată de o familie de transportatori de tip poartă numită GLUT (pentru acronimul în engleză a „Glucose Transporters”), familie din care face parte GLUT1. Acestea leagă glucoza în exteriorul celulei și o transportă la citosol. Cel puțin 5 dintre ele au fost identificate, iar distribuția lor pare să fie diferită în diferite țesuturi de mamifere.

Caracteristici GLUT1

Mecanismul de transport utilizat de transportorul de glucoză GLUT1. De Emma Dittmar - Lucrare proprie, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT1 este un transportator de glucoză uniporter, adică capabil să efectueze transportul glucozei într-o singură direcție, de la exteriorul celulei la citosol.

Acesta aparține superfamiliei transportatorului de difuzie facilitat (MSF), care este distribuit pe scară largă în multe organisme diferite. De asemenea, participă la transportul transmembranar al unui număr mare de molecule organice mici.

Secvența sa peptidică de 492 de aminoacizi este foarte conservată în diferitele organisme în care a fost identificată, ceea ce nu este greu de crezut, având în vedere că utilizarea glucozei pentru a obține energie constituie centrul arborelui metabolic al vieții.

Structura GLUT 1

GLUT1 este o proteină integrală cu membrană multipasată formată din 492 reziduuri de aminoacizi. Acest tip de proteină membranară integrală se caracterizează prin încrucișarea mai multor straturi lipidice.

Structura chimică tridimensională a proteinelor este, în general, determinată prin cristalografia cu raze X. Aceasta din urmă este o tehnică folosită pe scară largă de biochimiști pentru a reconstrui un model structural folosind cristale pure ale proteinei care urmează să fie studiată.

În proteine ​​foarte conservate precum GLUT1, determinarea structurii proteice a unui singur organism poate fi suficientă. Din acest motiv cercetătorii au determinat până acum structura de cristal GLUT1 a mutantului E3229.

Ca în toate celelalte membre ale superfamiliei de facilitatori majori (MSF), structura GLUT1 este reprezentată de 12 elice transmembranare.

În plus, în GLUT1 E3229, extremitățile amino și carboxilice ale peptidei sunt pseudo-simetrice și sunt orientate spre citosol. Dispunerea acestor capete creează un buzunar sau o cavitate care este deschisă în interiorul celulei și care constituie locul de legare pentru glucoză.

O modificare a structurii GLUT1 determină transportul glucozei în celulă

Deoarece glucoza este în general transportată din exterior spre interiorul celulei, constatarea că situsul de legare pentru acest zahăr este orientat spre citosol generează o anumită confuzie.

Cu toate acestea, această confuzie găsește o soluție în rezultatele investigațiilor biochimice care sugerează că apare o schimbare în forma proteinei, permițând situsului de legare a glucozei să fie expus mai întâi pe o parte a membranei și apoi pe cealaltă.

Aceasta nu înseamnă că proteina se rotește prin membrană, ci mai degrabă că legarea zahărului introduce schimbarea într-un mod care, ca o poartă, expune glucoza în interior.

Caracteristici GLUT 1

Deoarece GLUT1 este un transportor de expresie constitutivă, adică este exprimat întotdeauna în majoritatea celulelor mamifere, funcțiile pe care le îndeplinește sunt vitale pentru aceste celule. De fapt, se exprimă în aproape toate țesuturile fătului tocmai pentru că este nevoie de o sursă mare de energie în timpul fazelor de dezvoltare pentru a asigura creșterea.

Cu toate acestea, expresia sa este scăzută după naștere în unele țesuturi, cum ar fi ficatul, unde expresia altor izoforme precum GLUT4 este acum crescută.

Pentru eritrocite este de o importanță fundamentală, deoarece acestea din urmă depind exclusiv de glucoză pentru energie, deoarece acestea nu au mitocondrii. Cu toate acestea, este în continuare responsabil pentru absorbția de glucoză pentru a sprijini respirația în alte tipuri de celule.

Deoarece GLUT1 atinge o concentrație ridicată în celulele endoteliale vasculare ale multor organe și țesuturi, una dintre funcțiile sale este aceea de a transporta glucoza din sânge.

Transportul altor hexoze, cum ar fi manoza, galactoza și glucozamina de către GLUT1 nu pune sub semnul întrebării relația directă cu metabolismul energetic, deoarece ATP poate fi generat din toate aceste hexoze.

Mai mult, absorbția și transportul vitaminei C în celule incapabile să o sintetizeze a fost, de asemenea, una dintre funcțiile raportate pentru acest receptor omniprezent.

Referințe

1. Chen LY, Phelix CF. Gătirea extracelulară a transportului glucozei prin GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019; 511 (3): 573-578.
2. Cunningham P, Naftalin RJ. complicații ale transportului de glucoză sensibil la temperatură aberantă prin mutantul cu deficiență de transportor de glucoză (GLUT1DS) T295M pentru modelele de acces alternativ și cu loc fix. J Membr Biol. 2013; 246 (6): 495-511.
3. Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. Structura cristalină a transportorului glucozei umane GLUT1. Natură. 2014; 510 (7503): 121-125.
4. Deng D, Yan N. Cristalizarea și determinarea structurală a transportorilor de glucoză umană GLUT1 și GLUT3. Metode Mol Biol. 2018; 1713: 15-29.
5. Fu X, Zhang G, Liu R, Wei J, Zhang-Negrerie D, Jian X, Gao Q. Studiul mecanic al transportului glucozei umane, mediat de GLUT1. J Chem Inf Model. 2016; 56 (3): 517-526.
6. Mueckler M, Makepeace C. Analiza segmentului 8 transmembran al transportorului de glucoză GLUT1 prin mutageneză cu scanare cisteină și accesibilitate substituită cisteinei. J Biol Chem. 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. Philip L. Capitolul 13 - Transportul de membrană. Membranele celulelor (ediția a treia). 2016, p. 335-378.
8. Simmons R. Transportul glucozei celulare și manipularea glucozei în timpul dezvoltării fetale și neonatale. Fiziologia fetală și neonatală (ediția a cincea). 2017; 1 pp. 428-435.