GLUT: FUNKTIONEN, HAUPTGLUKOSETRANSPORTER - BIOLOGIE - 2025

Die GLUT sind eine Reihe von Förderertoren, die für den passiven Glukosetransport in das Cytosol einer Vielzahl von Säugetierzellen zuständig sind.

Die meisten bisher identifizierten GLUTs sind jedoch nicht spezifisch für Glukose. Im Gegenteil, sie können verschiedene Zucker wie Mannose, Galactose, Fructose und Glucosamin sowie andere Arten von Molekülen wie Urate und Mannositol transportieren.

Typische Struktur eines GLUT-Glukosetransporters. Von A2-33 aus Wikimedia Commons.

Bisher wurden mindestens 14 GLUTs identifiziert. Alle von ihnen haben gemeinsame strukturelle Eigenschaften und unterscheiden sich sowohl in der Gewebeverteilung als auch in der Art des Moleküls, das sie tragen. Daher scheint jeder Typ an unterschiedliche physiologische Bedingungen angepasst zu sein, bei denen er eine bestimmte metabolische Rolle erfüllt.

Mobilisierung von Glukose in Zellen

Die meisten lebenden Zellen sind auf die teilweise oder vollständige Oxidation von Glukose angewiesen, um die Energie zu erhalten, die zur Durchführung ihrer lebenswichtigen Prozesse erforderlich ist.

Der Eintritt dieses Moleküls in das Cytosol der Zelle, wo es metabolisiert wird, hängt von der Hilfe von Transporterproteinen ab, da es groß und polar genug ist, um die Lipiddoppelschicht selbst durchqueren zu können.

In eukaryotischen Zellen wurden zwei Haupttypen von Transportern identifiziert, die an der Mobilisierung dieses Zuckers beteiligt sind: die Na + / Glucose-Cotransporter (SGLT) und die GLUT-Uniporter.

Die ersteren verwenden einen sekundären aktiven Transportmechanismus, bei dem der Na + -Cotransport die Antriebsenergie für die Durchführung des Prozesses liefert. Während letztere eine erleichterte passive Bewegung ausführen, ein Mechanismus, der keine Energie benötigt und den Konzentrationsgradienten von Zucker begünstigt.

Transportmechanismus für GLUT-Hexosetransporter. Von Emma Dittmar - Eigene Arbeit, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT-Förderer

GLUT-Transporter, für das englische Akronym für "Glukosetransporter", sind eine Gruppe von Gate-Transportern, die für den passiven Transport von Glukose vom extrazellulären Medium zum Cytosol verantwortlich sind.

Sie gehören zur großen Superfamilie der erleichterten Diffusionstransporter (MSF), die aus einer großen Anzahl von Transportern besteht, die für den Transmembrantransport einer Vielzahl kleiner organischer Moleküle verantwortlich sind.

Obwohl ihr Name darauf hinzudeuten scheint, dass sie nur Glucose transportieren, weisen diese Transporter unterschiedliche Spezifitäten für verschiedene Monosaccharide mit sechs Kohlenstoffatomen auf. Daher sind sie mehr als Glukosetransporter Hexosetransporter.

Bisher wurden mindestens 14 GLUTs identifiziert, und ihre Position scheint bei Säugetieren gewebespezifisch zu sein. Das heißt, jede Isoform wird in ganz bestimmten Geweben exprimiert.

In jedem dieser Gewebe variieren die kinetischen Eigenschaften dieser Transporter deutlich. Letzteres scheint darauf hinzudeuten, dass jeder von ihnen darauf ausgelegt ist, auf unterschiedliche Stoffwechselbedürfnisse zu reagieren.

Struktur

Die bisher identifizierten 14 GLUTs weisen eine Reihe gemeinsamer struktureller Merkmale auf.

Alle von ihnen sind integrale Multipass-Membranproteine, dh sie durchqueren die Lipiddoppelschicht mehrmals durch Transmembransegmente, die reich an hydrophoben Aminosäuren sind.

Die Peptidsequenz dieser Transporter variiert zwischen 490 und 500 Aminosäureresten und ihre dreidimensionale chemische Struktur ähnelt der für alle anderen Mitglieder der Major Facilitator Superfamilie (MSF) angegebenen.

Diese Struktur ist dadurch gekennzeichnet, dass 12 Transmembransegmente in einer α-Helix-Konfiguration und eine stark glykosylierte extrazelluläre Domäne vorliegen, die sich je nach Art der GLUT in der dritten oder fünften gebildeten Schleife befinden kann.

Zusätzlich sind die Amino- und Carboxyltermini des Proteins auf das Cytosol ausgerichtet und weisen einen gewissen Grad an Pseudosymmetrie auf. Die Art und Weise, wie diese Enden räumlich angeordnet sind, führt zu einem offenen Hohlraum, der die Bindungsstelle für Glucose oder ein anderes zu transportierendes Monosaccharid darstellt.

In diesem Sinne ist die Bildung der Pore, durch die der Zucker stromabwärts der Bindungsstelle wandert, durch eine zentrale Anordnung der Helices 3, 5, 7 und 11 definiert. Alle diese haben eine hohe Dichte von polare Reste, die die Bildung der inneren hydrophilen Umgebung der Pore erleichtern.

Einstufung

GLUTs wurden basierend auf dem Ähnlichkeitsgrad der Peptidsequenz sowie der Position der glykosylierten Domäne in drei große Klassen eingeteilt.

GLUTs der Klassen I und II begrenzen die hochglykosylierte Domäne auf die erste extrazelluläre Schleife zwischen den ersten beiden Transmembransegmenten. Während es in Klasse III auf die neunte Schleife beschränkt ist.

In jeder dieser Klassen variieren die Prozentsätze der Homologie zwischen den Peptidsequenzen zwischen 14 und 63% in weniger konservierten Regionen und zwischen 30 und 79% in hochkonservierten Regionen.

Klasse I besteht aus GLUT1-, GLUT2-, GLUT3-, GLUT4- und GLUT14-Transportern. Klasse II für GLUT5, 7, 9 und 11. Und Klasse III für GLUT6, 8, 10 und 12 und 13.

Es ist wichtig zu erwähnen, dass jeder dieser Transporter unterschiedliche Positionen, kinetische Eigenschaften, Substratspezifitäten und Funktionen aufweist.

Hauptglukosetransporter und -funktionen

GLUT1

Es wird hauptsächlich in Erythrozyten, Gehirnzellen, Plazenta und Nieren exprimiert. Obwohl seine Hauptfunktion darin besteht, diese Zellen mit den zur Unterstützung der Zellatmung erforderlichen Glukosespiegeln zu versorgen, ist sie für den Transport anderer Kohlenhydrate wie Galactose, Mannose und Glucosamin verantwortlich.

GLUT2

Obwohl GLUT2 für Glucose hochspezifisch ist, weist es eine höhere Affinität für Glucosamin auf. Es ist jedoch auch in der Lage, Fructose, Galactose und Mannose zum Cytosol von Leber-, Pankreas- und Nierenzellen des Dünndarmepithels zu transportieren.

GLUT3

Obwohl es eine hohe Affinität für Glucose aufweist, bindet und transportiert GLUT3 auch Galactose, Mannose, Maltose, Xylose und Dehydroascorbinsäure mit geringerer Affinität.

Es wird hauptsächlich in embryonalen Zellen exprimiert, so dass der kontinuierliche Transport dieser Zucker von der Plazenta zu allen Zellen des Fötus aufrechterhalten wird. Darüber hinaus wurde es in Muskel- und Hodenzellen nachgewiesen.

GLUT4

Es hat eine hohe Affinität zu Glukose und wird nur in insulinsensitiven Geweben exprimiert. Daher ist es mit einem durch dieses Hormon stimulierten Glukosetransport verbunden.

GLUT8

Es transportiert sowohl Glukose als auch Fruktose in das Innere von Leber-, Nerven-, Herz-, Darm- und Fettzellen.

GLUT9

Neben dem Transport von Glukose und Fruktose hat es eine hohe Affinität zu Uraten, weshalb es deren Absorption in Nierenzellen vermittelt. Es wurde jedoch gefunden, dass es auch in Leukozyten und Zellen des Dünndarms exprimiert wird.

GLUT12

Im Skelettmuskel wird dieser Transporter als Reaktion auf Insulin auf die Plasmamembran übertragen und wirkt so auf die Reaktionsmechanismen dieses Hormons. Seine Expression wurde auch in Zellen der Prostata, Plazenta, Niere, Gehirn und Brustdrüsen bestimmt.

GLUT13

Es führt den spezifischen gekoppelten Transport von Myoinosit und Wasserstoff durch. Damit trägt es dazu bei, den pH-Wert der Cerebrospinalflüssigkeit durch Nervenzellen, aus denen Kleinhirn, Hypothalamus, Hippocampus und Hirnstamm bestehen, auf Werte nahe 5,0 zu senken.

Verweise

1. Augustin R. Kritische Überprüfung. Die Proteinfamilie der Glukosetransportvermittler: Es geht schließlich nicht nur um Glukose. IUBMB Leben. 2010; 62 (5): 315 & ndash; 33.
2. Bell GI, Kayano T., Buse J. B., Burant CF, Takeda J., Lin D., Fukumoto H., Seino S. Molekularbiologie von Glukosetransportern bei Säugetieren. Diabetes-Behandlung. 1990; 13 (3): 198 & ndash; 208.
3. Castrejón V, Carbó R, Martínez M. Molekulare Mechanismen, die am Glukosetransport beteiligt sind. REB. 2007; 26 (2): 49 & ndash; 57.
4. Joost HG, Thorens B. Die erweiterte GLUT-Familie der Zucker / Polyol-Transportvermittler: Nomenklatur, Sequenzmerkmale und mögliche Funktion ihrer neuen Mitglieder (Übersicht). Mol Membr Biol. 2001; 18 (4): 247 & ndash; 56.
5. Kinnamon SC, Finger TE. Ein Geschmack für ATP: Neurotransmission in Geschmacksknospen. Front Cell Neurosci. 2013; 7: 264.
6. Scheepers A, Schmidt S, Manolescu A, Cheeseman CI, Bell A, Zahn C, Joost HG, Schürmann A. Charakterisierung des menschlichen SLC2A11 (GLUT11) -Gens: alternative Promotorverwendung, Funktion, Expression und subzelluläre Verteilung von drei Isoformen und Mangel an Mausortholog. Mol Membr Biol. 2005; 22 (4): 339 & ndash; 51.
7. Schürmann A. Einblick in die „ungeraden“ Hexosetransporter GLUT3, GLUT5 und GLUT7. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2008; 295 (2): E225-6.
8. Thorens B, Mückler M. Glukosetransporter im 21. Jahrhundert. Am 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 W. K., De Vivo DC. Glut1-Mangel-Syndrom und Erythrozyten-Glukoseaufnahmetest. Ann Neurol. 2011; 70 (6): 996 & ndash; 1005.