GLUT1: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

GLUT1 je transmembránový proteín zodpovedný za uľahčenie pasívneho transportu glukózy cez plazmatickú membránu z extracelulárneho priestoru do bunky.

Ukázalo sa, že okrem glukózy môže mobilizovať aj ďalších šesť uhlíkových cukrov, ako je galaktóza, glukozamín a manóza. Na druhej strane umožňuje príjem a transport vitamínu C do buniek, ktoré ho nedokážu produkovať.

Kryštalická štruktúra transportéra glukózy GLUT1. Podľa A2-33, z Wikimedia Commons.

Pretože všetky molekuly, ktoré sú transportované GLUT1, sú zapojené do ciest tvorby energie v bunke, expresia tohto transportéra hrá veľmi dôležitú metabolickú úlohu.

V skutočnosti mutácie, ktoré menia alebo rušia expresiu funkčného GLUT1, majú za následok výskyt mnohých ochorení spojených s pomalým neurologickým vývojom a obmedzeným rastom mozgu.

Transport glukózy v bunkách a GLUT1 transportéroch

Glukóza je uprednostňovaným zdrojom uhlíka a energie pre väčšinu buniek, ktoré tvoria strom života. Pretože nie je dosť malý a hydrofóbny na to, aby sám prešiel cez bunkové membrány, jeho transport do bunky vyžaduje pomocné proteíny.

Pre tento cukor boli navrhnuté dva špecifické transportné mechanizmy. Jeden z nich reaguje na pasívny dopravný systém (uľahčená difúzia) a druhý na aktívny dopravný systém.

Prvý nevyžaduje energiu a je uskutočňovaný prostredníctvom koncentračného gradientu, to znamená z miesta s vysokou koncentráciou glukózy do miesta, kde je koncentrácia nižšia.

Aktívny transport glukózy zabezpečujú transportéry, ktoré získavajú energiu zo spoločného transportu iónov sodíka.

Naproti tomu uľahčená (pasívna) difúzia glukózy je uskutočňovaná rodinou hradlových transportérov nazývaných GLUT (pre skratku v angličtine „Glucose Transporter“), do ktorej patrí GLUT1. Tieto viažu glukózu na vonkajšej strane bunky a transportujú ju do cytosolu. Bolo identifikovaných najmenej 5 z nich a zdá sa, že ich distribúcia je v rôznych tkanivách cicavcov odlišná.

Funkcie GLUT1

Transportný mechanizmus využívaný transportérom glukózy GLUT1. Autor: Emma Dittmar - Vlastná práca, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT1 je uniporterový transportér glukózy, ktorý je schopný vykonávať transport glukózy iba v jednom smere, z vonkajšej strany bunky do cytosolu.

Patrí do nadrodiny uľahčeného difúzneho transportéra (MSF), ktorá je široko distribuovaná v mnohých rôznych organizmoch. Podieľa sa tiež na transmembránovom transporte veľkého počtu malých organických molekúl.

Jeho peptidová sekvencia 492 aminokyselín je vysoko konzervovaná v rôznych organizmoch, kde bola identifikovaná, čo nie je ťažké uveriť, vzhľadom na to, že použitie glukózy na získanie energie predstavuje centrum metabolického stromu života.

Štruktúra GLUT 1

GLUT1 je integrálny proteín s viacnásobnou membránou vyrobený z 492 aminokyselinových zvyškov. Tento typ integrálneho membránového proteínu sa vyznačuje niekoľkonásobným krížením lipidovej dvojvrstvy.

Trojrozmerná chemická štruktúra proteínov sa všeobecne určuje pomocou röntgenovej kryštalografie, ktorá je technikou, ktorú biochemici často používajú na rekonštrukciu štruktúrneho modelu pomocou čistých kryštálov skúmaného proteínu.

U vysoko konzervovaných proteínov, ako je GLUT1, môže postačovať stanovenie proteínovej štruktúry jedného organizmu. Z tohto dôvodu vedci doteraz určili kryštálovú štruktúru GLUT1 mutantu E3229.

Podobne ako vo všetkých ostatných členoch hlavnej podskupiny facilitátorov (MSF) je štruktúra GLUT1 zastúpená 12 transmembránovými helixmi.

Okrem toho v GLUT1 E3229 sú amino a karboxylové terminálne konce peptidu pseudosymetrické a sú orientované k cytosolu. Usporiadanie týchto koncov vytvára vrecko alebo dutinu, ktorá je otvorená vo vnútri bunky a ktorá tvorí väzbové miesto pre glukózu.

Zmena v štruktúre GLUT1 určuje transport glukózy do bunky

Pretože glukóza sa všeobecne transportuje zvonka do vnútra bunky, zistenie, že väzobné miesto pre tento cukor je orientované k cytosolu, vytvára určitú zmätenosť.

Táto zámena však nájde riešenie vo výsledkoch biochemických výskumov, ktoré naznačujú, že dochádza k zmene tvaru proteínu, čo umožňuje expozíciu väzbového miesta pre glukózu najskôr na jednej strane membrány a potom na druhej.

To neznamená, že proteín rotuje cez membránu, ale že väzba cukru zavádza zmenu spôsobom, ktorý podobne ako brána vystavuje glukózu vnútornému prostrediu.

GLUT 1 Funkcie

Pretože GLUT1 je konštitutívny expresný transportér, to znamená, že je vždy exprimovaný vo väčšine cicavčích buniek, funkcie, ktoré vykonáva, sú pre tieto bunky životne dôležité. V skutočnosti sa prejavuje takmer vo všetkých tkanivách plodu presne preto, že na zabezpečenie rastu je počas vývojových fáz potrebný vysoký prísun energie.

Jeho expresia sa však po narodení v niektorých tkanivách, ako je napríklad pečeň, znižuje, kde sa teraz zvyšuje expresia iných izoforiem, ako je napríklad GLUT4.

Pre erytrocyty má zásadný význam, pretože tie závisia výlučne od glukózy pre energiu, pretože nemajú mitochondrie. Je však stále zodpovedné za príjem glukózy na podporu dýchania v iných typoch buniek.

Pretože GLUT1 dosahuje vysokú koncentráciu vo vaskulárnych endotelových bunkách mnohých orgánov a tkanív, jednou z jeho funkcií je prenášať glukózu z krvi.

Transport iných hexóz, ako je napríklad manóza, galaktóza a glukozamín pomocou GLUT1, nespochybňuje jeho priamy vzťah k energetickému metabolizmu, pretože zo všetkých týchto hexóz môže vzniknúť ATP.

Ďalej je príjem a transport vitamínu C do buniek neschopných syntetizovať ho tiež jednou z funkcií uvádzaných pre tento všadeprítomný receptor.

Referencie

1. Chen LY, Phelix CF. Extracelulárne hradenie prenosu glukózy cez GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019; 511 (3): 573-578.
2. Cunningham P, Naftalin RJ. mplikácie aberantného teplotne senzitívneho transportu glukózy prostredníctvom mutantu s deficitom transportéra glukózy (GLUT1DS) T295M pre transportné modely s alternatívnym prístupom a s pevným miestom. J Membr Biol. 2013; 246 (6): 495-511.
3. Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. Kryštalická štruktúra transportéra ľudskej glukózy GLUT1. Nature. 2014; 510 (7503): 121 až 125.
4. Deng D, Yan N. Kryštalizácia a štrukturálne stanovenie transportérov ľudskej glukózy GLUT1 a GLUT3. Methods Mol Biol. 2018; 1713: 15-29.
5. Fu X, Zhang G, LiuR, Wei J, Zhang-Negrerie D, Jian X, Gao Q. Mechanistická štúdia transportu ľudskej glukózy sprostredkovaná GLUT1. J Chem Inf Model. 2016; 56 (3): 517 - 526.
6. Mueckler M, Makepeace C. Analýza transmembránového segmentu 8 glukózového transportéra GLUT1 mutagenézou skenujúcou cysteín a dostupnosťou substituovaného cysteínu. J Biol Chem. 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. Philip L. Kapitola 13 - Membránový transport. Membrány buniek (tretie vydanie). 2016, str. 335-378.
8. Simmons R. Transport glukózy v bunkách a manipulácia s glukózou počas vývoja plodu a novorodenca. Fetálna a novorodenecká fyziológia (piate vydanie). 2017; 1 str. 428-435.