GLUT4: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

GLUT4 este o proteină transportoare a glucozei din aminoacizii 509 care are o afinitate ridicată pentru acest zahăr. Face parte din marea superfamilie principală a facilitatorilor (MSF) caracterizată prin faptul că are 12 elice transmembranare alfa. Ca toți membrii acestei familii, mediază transportul facilitat al glucozei în josul gradientului său de concentrație.

Locația sa este limitată la celulele sensibile la stimularea insulinei, cum ar fi adipocitele și miocitele. În acest sens, GLUT4 are rolul principal în mecanismul principal de absorbție a glucozei în condiții de hiperglicemie în sânge.

GLUT4 este singurul transportor de glucoză reglementat de Insulină. De Meiquer, de la Wikimedia Commons.

Aproximativ 95% din GLUT4 sintetizat de celulă rămâne rezident în citosol în vezicule. Aceste vezicule fuzionează cu membrana plasmatică, expunând receptorul în ea ca răspuns la activarea exocitozei mediate de insulină.

Exercițiile musculare scheletice sunt, de asemenea, capabile să promoveze relocarea acestui transportor în membrana celulară, având în vedere cererea mare de energie pe care o au aceste celule în aceste condiții. Cu toate acestea, semnalele care stimulează sinteza acesteia în timpul activității fizice prelungite sunt încă necunoscute.

caracteristici

Ca și transportatorul expresiei constitutive GLUT1, GLUT4 are o afinitate ridicată pentru glucoză, ceea ce se traduce într-o capacitate de a lega glucoza chiar și atunci când concentrația acestui zahăr în sânge atinge valori foarte mici.

Spre deosebire de izoformele responsabile de transportul glucozei în condiții bazale (GLUT1 și GLUT3), acest transportor nu este exprimat în membrana celulară embrionară.

Dimpotrivă, se exprimă numai în celulele țesuturilor adulte, în principal în țesuturile periferice bogate în concentrații mari de grăsime brună, cum ar fi inima, mușchiul scheletului și țesutul adipos. Cu toate acestea, a fost detectată și în celulele glandei hipofizare și hipotalamusului.

În acest sens, este important de subliniat faptul că distribuția sa restrânsă la celulele sensibile la variațiile concentrațiilor de insulină este legată de faptul că prezintă expresie reglementată de acest hormon. Alte cercetări au arătat că contracția musculară este de asemenea capabilă să exercite un efect regulator asupra expresiei acestui transportator.

Pe de altă parte, studiile de localizare subcelulară au arătat că GLUT2 are o dublă locație între citosol și membrană. În compartimentul citosolic unde se află cel mai mare procent, acesta se află în diferite compartimente: în rețeaua trans-golgi, endosomul precoce, vezicule acoperite sau nu de clatrin și structuri citoplasmatice tubulo-veziculare.

Structura

La fel ca toți membrii familiei transportorilor de glucoză implicați în transportul pasiv facilitat al acestei hexoze (GLUTs), GLUT4 este o proteină transmembrană multipla cu helix multiplu.

12 segmente transmembranare în configurația α-helix traversează membranele plasmatice și compartimentele subcelulare (vezicule) ale celulelor în care este exprimat GLUT 4.

Helicele 3, 5, 7 și 11 sunt distribuite spațial pentru a da naștere la formarea unui canal hidrofil prin care tranzitul monosacharidei se face din spațiul extracelular la citosol în favoarea unui gradient de concentrație.

Capetele terminale amino și carboxilice ale proteinei sunt orientate spre citoplasmă, într-o configurație conformațională care are ca rezultat formarea unei bucle centrale mari.

Zona delimitată de ambele capete reprezintă o regiune funcțională importantă a proteinei, deoarece este implicată atât în ​​absorbția și legarea glucozei, cât și în răspunsul la semnalizarea insulinei. Pe lângă direcționarea sa din compartimentele veziculare citosolice către membrana plasmatică, unde își va exercita funcția de transportor.

Cum se produce transportul de glucoză prin GLUT4?

La fel ca toți membrii familiei transportorilor de glucoză implicați în transportul pasiv facilitat al acestei hexoze (GLUT), GLUT4 este o proteină transmembrană multipasată în α-helix.

O deformare a structurii induse de legarea zahărului mobilizează locul de legare de la matrița externă a membranei la citosol unde este eliberat. Odată ce acest lucru s-a produs, transportatorul își dobândește conformația inițială din nou, expunând astfel situsul la glucoză din exteriorul membranei.

Caracteristici

Proteina transportoare de glucoză de tip GLUT4 este responsabilă de realizarea mobilizării glucozei din mediul extracelular până la citosol, ca răspuns la stimulul generat de secreția sporită a insulinei în celulele țesuturilor sensibile la acest hormon, precum cele care ele integrează mușchiul scheletului și țesutul adipos.

Pentru a înțelege mai bine acest lucru, este important să ne amintim că insulina este un hormon eliberat de celulele β ale pancreasului ca răspuns la concentrații mari de glucoză în sânge, punând în mișcare mecanisme fiziologice care promovează absorbția acesteia de către celule, precum și sinteza de glicogen.

Având în vedere sensibilitatea GLUT4 la acest hormon, acționează ca protagonistul mecanismului de reglementare primar al absorbției glucozei. Joacă un rol cheie în mobilizarea rapidă a glucozei din sânge atunci când concentrațiile de monosacharide ating valori foarte ridicate. Acesta din urmă este esențial pentru menținerea homeostazei celulare.

Această absorbție rapidă a glucozei este posibilă datorită afinității mari pe care acest transportor o are pentru acest zahăr. Cu alte cuvinte, este capabil să-l detecteze chiar și la concentrații mici, să le lege rapid sau să-l capteze.

Pe de altă parte, capacitatea de a detecta glucoza la concentrații mici explică importanța expresiei GLUT4 în membranele musculare scheletice în timpul exercițiului, o activitate care are o cerere mare de energie.

Mobilizarea veziculelor GLUT4 de la citosol la membrană

Mecanismul de mobilizare a veziculelor purtătoare de GLUT4 pe membrană. De CNX OpenStax, de la Wikimedia Commons.

În absența stimulării insulinei, aproximativ 95% din GLUT4 este recrutat în citoplasmă în vezicule din rețeaua Gol Gol.

Când concentrațiile de glucoză depășesc cu mult valoarea fiziologică, se declanșează o cascadă de semnalizare care duce la eliberarea insulinei din pancreas.

Insulina eliberată este acum capabilă să se lege cu receptorul de insulină prezent în membrana miocitelor și adipocitelor, trimițând semnalele necesare pentru a declanșa activarea exocitozei. Aceasta din urmă rezultă prin fuziunea veziculelor purtătoare de GLUT4 cu membrana plasmatică.

Această fuziune crește tranzitoriu concentrația transportorului în membrana acestor celule. Adică, odată ce nivelul glicemiei scade până la nivelul de bază, stimulul dispare și transportorul este reciclat prin activarea endocitozei.

Referințe

1. Bryant NJ, Govers R, James DE. Transport reglementat al transportorului de glucoză GLUT4. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002; 3 (4): 267-277.
2. Henriksen EJ. Revizuire invitată: Efectele antrenamentului acut și antrenamentului asupra rezistenței la insulină. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788-96.
3. Huang S, parlamentar ceh. Transportorul de glucoză GLUT4. Metabila celulară. 2007; 5 (4): 237-252.
4. Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Efectele exercițiului asupra expresiei genelor GLUT4 și a glicogeninei în mușchiul scheletului uman. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
5. Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Baza moleculară a traficului de vezicule GLUT4 stimulat de insulină. Biol Chem. 1999; 274 (5): 2593-2596.
6. Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. Receptorii insulinei și acțiunea insulinei în creier: revizuire și implicații clinice. Recenzii de neuroștiință și bio-comportament. 2000; 855-872.
7. Wood IS, Trayhurn P. Transportor de glucoză (GLUT și SGLT): familii extinse de proteine ​​pentru transportul zahărului. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3-9. Zhao FQ, Keating AF. Proprietățile funcționale și genomica transportorilor de glucoză. Curr Genomics. 2007; 8 (2): 113-28.