Транспортер глюкозы
| Сахар_тр | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | Сахар_тр | ||
| Пфам | PF00083 | ||
| Пфам Клан | CL0015 | ||
| ИнтерПро | ИПР005828 | ||
| PROSITE | PDOC00190 | ||
| TCDB | 2.А.1.1 | ||
| Суперсемейство OPM | 15 | ||
| белок OPM | 4gc0 | ||
| CDD | cd17315 | ||
| |||
Транспортеры глюкозы представляют собой широкую группу мембранных белков , которые облегчают транспорт глюкозы через плазматическую мембрану (процесс, известный как облегченная диффузия) . Поскольку глюкоза является жизненно важным источником энергии для всей жизни, эти переносчики присутствуют во всех типах . Семейство GLUT или SLC2A представляет собой семейство белков , которое встречается в большинстве клеток млекопитающих . 14 GLUTS кодируются геномом человека . GLUT — это тип белка-переносчика- унипортера .
Синтез свободной глюкозы
[ редактировать ]Большинство неавтотрофных клеток не способны производить свободную глюкозу , поскольку у них отсутствует экспрессия глюкозо-6-фосфатазы и, таким образом, они участвуют только в поглощении и катаболизме глюкозы . Обычно вырабатывается только в гепатоцитах , в условиях голодания другие ткани, такие как кишечник, мышцы, мозг и почки, способны вырабатывать глюкозу после активации глюконеогенеза .
Транспорт глюкозы у дрожжей
[ редактировать ]У Saccharomyces cerevisiae транспорт глюкозы осуществляется посредством облегченной диффузии . [1] Транспортные белки в основном относятся к семейству Hxt, но идентифицировано множество других транспортеров. [2]
| Имя | Характеристики | Примечания |
| Снф3 | датчик низкого уровня глюкозы; подавляется глюкозой; низкий уровень экспрессии; репрессор Hxt6 | |
| Rgt2 | датчик высокого уровня глюкозы; низкий уровень экспрессии | |
| Hxt1 | Км : 100 мм, [3] 129–107 мМ [1] | переносчик глюкозы с низким сродством; вызванный высоким уровнем глюкозы |
| Hxt2 | км = 1,5 [1] - 10 мМ [3] | переносчик глюкозы с высоким/средним сродством; вызванный низким уровнем глюкозы [3] |
| Hxt3 | Вм = 18,5, Кд = 0,078, Км = 28,6/34,2 [1] - 60 мМ [3] | переносчик глюкозы с низким сродством [3] |
| Hxt4 | Вм = 12,0, Кд = 0,049, Км = 6,2 [1] | транспортер глюкозы среднего сродства [3] |
| Hxt5 | Км = 10 мм [4] | Умеренное сродство к глюкозе. Обильно в стационарной фазе, споруляции и условиях низкого уровня глюкозы. Транскрипция подавляется глюкозой. [4] |
| Qxt6 | Вм = 11,4, Кд = 0,029, Км = 0,9/14, [1] 1,5 мм [3] | высокое сродство к глюкозе [3] |
| Hxt7 | Вм = 11,7, Кд = 0,039, Км = 1,3, 1,9, [1] 1,5 мм [3] | высокое сродство к глюкозе [3] |
| Hxt8 | низкий уровень экспрессии [3] | |
| Hxt9 | участвует в плейотропной лекарственной устойчивости [3] | |
| Hxt11 | участвует в плейотропной лекарственной устойчивости [3] | |
| Гал2 | Вм = 17,5, Кд = 0,043, Км = 1,5, 1,6 [1] | высокое к галактозе сродство [3] |
Транспорт глюкозы у млекопитающих
[ редактировать ]GLUT представляют собой интегральные мембранные белки, которые содержат 12 трансмембранных спиралей, причем как амино-, так и карбоксильный концы расположены на цитоплазматической стороне плазматической мембраны . Белки GLUT транспортируют глюкозу и родственные ей гексозы в соответствии с моделью альтернативной конформации. [5] [6] [7] который предсказывает, что транспортер открывает один сайт связывания субстрата либо снаружи, либо внутри клетки. Связывание глюкозы с одним участком провоцирует конформационные изменения , связанные с транспортом, и высвобождает глюкозу на другую сторону мембраны. Внутренний и внешний сайты связывания глюкозы, по-видимому, расположены в трансмембранных сегментах 9, 10, 11; [8] кроме того, мотив DLS , расположенный в седьмом трансмембранном сегменте, может участвовать в отборе и сродстве транспортируемого субстрата. [9] [10]
Типы
[ редактировать ]транспортера глюкозы Каждая изоформа играет специфическую роль в метаболизме глюкозы, определяемую характером ее тканевой экспрессии, субстратной специфичностью, кинетикой транспорта и регулируемой экспрессией в различных физиологических условиях. [11] На сегодняшний день идентифицировано 14 членов GLUT/SLC2. [12] На основании сходства последовательностей семейство GLUT было разделено на три подкласса.
Класс I
[ редактировать ]Класс I включает хорошо изученные транспортеры глюкозы GLUT1-GLUT4. [13]
| Имя | Распределение | Примечания |
| GLUT1 | Широко распределяется в тканях плода . У взрослых он экспрессируется на самых высоких уровнях в эритроцитах , а также в эндотелиальных клетках барьерных тканей, таких как гематоэнцефалический барьер . Однако он ответственен за низкий уровень базального поглощения глюкозы, необходимый для поддержания дыхания во всех клетках. | Уровни в клеточных мембранах повышаются при снижении уровня глюкозы и снижаются при повышении уровня глюкозы. Экспрессия GLUT1 повышается во многих опухолях. |
| GLUT2 | Является двунаправленным транспортером, позволяющим глюкозе течь в двух направлениях. Экспрессируется клетками почечных канальцев , клетками печени и бета-клетками поджелудочной железы . Он также присутствует в базолатеральной мембране эпителия тонкой кишки . Двунаправленность необходима клеткам печени для поглощения глюкозы для гликолиза и гликогенеза и высвобождения глюкозы во время глюконеогенеза . Бета-клеткам поджелудочной железы необходима свободная текучесть глюкозы, чтобы внутриклеточная среда этих клеток могла точно измерять уровни глюкозы в сыворотке. Все три моносахарида ( глюкоза , галактоза и фруктоза ) транспортируются из клеток слизистой оболочки кишечника в портальную циркуляцию с помощью GLUT2. | Является высокочастотной изоформой с низким сродством. [12] |
| GLUT3 | Экспрессируется в основном в нейронах (где он считается основной изоформой переносчика глюкозы) и в плаценте . | Является изоформой с высоким сродством, что позволяет ей транспортироваться даже при низких концентрациях глюкозы. |
| GLUT4 | Экспрессируется в жировой ткани и поперечно-полосатых мышцах ( скелетных мышцах и сердечной мышце ). | Является транспортером глюкозы, регулируемым инсулином . Отвечает за хранение глюкозы, регулируемое инсулином. |
| GLUT14 | Выражается в семенниках | сходство с GLUT3 [12] |
Классы II/III
[ редактировать ]Класс II включает:
- GLUT5 ( SLC2A5 ), переносчик фруктозы в энтероцитах.
- GLUT7 ( SLC2A7 ), обнаруженный в тонком и толстом кишечнике, [12] транспорт глюкозы из эндоплазматической сети [14]
- GLUT9 ( SLC2A9 Недавно было обнаружено, что ) транспортирует мочевую кислоту.
- GLUT11 ( SLC2A11 )
Класс III включает:
- GLUT6 ( SLC2A6 ),
- GLUT8 ( SLC2A8 ),
- GLUT10 ( SLC2A10 ),
- GLUT12 ( SLC2A12 ) и
- GLUT13 , также H+/ мио -инозитола транспортер HMIT ( SLC2A13 ), преимущественно экспрессируется в головном мозге. [12]
Большинство членов классов II и III были недавно идентифицированы в результате поиска гомологии в базах данных EST и информации о последовательностях, предоставленной различными геномными проектами .
Функция этих новых [ когда? ] Изоформы переносчиков глюкозы в настоящее время до сих пор четко не определены. Некоторые из них (GLUT6, GLUT8) состоят из мотивов, которые помогают удерживать их внутриклеточно и, следовательно, предотвращают транспорт глюкозы. Существуют ли механизмы, способствующие транслокации этих переносчиков на клеточную поверхность, пока неизвестно, но четко установлено, что инсулин не способствует транслокации GLUT6 и GLUT8 на клеточной поверхности.
Открытие котранспорта натрия и глюкозы
[ редактировать ]В августе 1960 года в Роберт Праге К. Крейн впервые представил свое открытие котранспорта натрия и глюкозы как механизма кишечной абсорбции глюкозы. [15] котранспорта Открытие Крейном было первым предложением о взаимодействии потоков в биологии. [16] Крейн в 1961 году первым сформулировал концепцию котранспорта для объяснения активного транспорта. В частности, он предположил, что накопление глюкозы в эпителии кишечника через мембрану щеточной каймы связано с нисходящим транспортом Na+ через щеточную кайму. Эта гипотеза была быстро проверена, уточнена и расширена, чтобы охватить активный транспорт разнообразного спектра молекул и ионов практически в каждый тип клеток. [17]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Майер А., Фёлькер Б., Болес Э., Фурманн Г.Ф. (декабрь 2002 г.). «Характеристика транспорта глюкозы у Saccharomyces cerevisiae с помощью везикул плазматической мембраны (контртранспорт) и интактных клеток (начальное поглощение) с помощью одиночных транспортеров Hxt1, Hxt2, Hxt3, Hxt4, Hxt6, Hxt7 или Gal2» . Исследование дрожжей FEMS . 2 (4): 539–50. дои : 10.1111/j.1567-1364.2002.tb00121.x . ПМИД 12702270 .
- ^ «Список возможных переносчиков глюкозы у S. cerevisiae » . ЮниПрот .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н Болес Э., Холленберг CP (август 1997 г.). «Молекулярная генетика транспорта гексозы у дрожжей». Обзоры микробиологии FEMS . 21 (1): 85–111. дои : 10.1111/j.1574-6976.1997.tb00346.x . ПМИД 9299703 .
- ^ Jump up to: а б Дидерих Дж. А., Шуурманс Дж. М., Ван Гаален MC, Крукеберг А. Л., Ван Дам К. (декабрь 2001 г.). «Функциональный анализ гомолога переносчика гексозы HXT5 в Saccharomyces cerevisiae». Дрожжи . 18 (16): 1515–24. дои : 10.1002/да.779 . ПМИД 11748728 . S2CID 22968336 .
- ^ Ока Ю., Асано Т., Сибасаки Ю., Лин Дж.Л., Цукуда К., Катагири Х., Аканума Ю., Такаку Ф. (июнь 1990 г.). «С-концевой укороченный переносчик глюкозы заблокирован в обращенной внутрь форме без транспортной активности». Природа . 345 (6275): 550–3. Бибкод : 1990Natur.345..550O . дои : 10.1038/345550a0 . ПМИД 2348864 . S2CID 4264399 .
- ^ Хеберт Д.Н., Каррутерс А. (ноябрь 1992 г.). «Олигомерная структура транспортера глюкозы определяет функцию транспортера. Обратимые окислительно-восстановительные взаимопревращения тетрамерного и димерного GLUT1» . Журнал биологической химии . 267 (33): 23829–38. дои : 10.1016/S0021-9258(18)35912-X . ПМИД 1429721 .
- ^ Клоэрти Э.К., Сульцман Л.А., Зоттола Р.Дж., Каррутерс А. (ноябрь 1995 г.). «Чистый транспорт сахара - это многоэтапный процесс. Доказательства существования цитозольных мест связывания сахара в эритроцитах». Биохимия . 34 (47): 15395–406. дои : 10.1021/bi00047a002 . ПМИД 7492539 .
- ^ Груз П.В., Мюклер М.М. (2001). «Структурный анализ GLUT1, способствующего переносчику глюкозы (обзор)» . Молекулярная мембранная биология . 18 (3): 183–93. дои : 10.1080/09687680110072140 . ПМИД 11681785 .
- ^ Ситтер М.Дж., Де ла Рю С.А., Портер Л.М., Гулд Г.В. (февраль 1998 г.). «Мотив QLS в трансмембранной спирали VII семейства транспортеров глюкозы взаимодействует с положением C-1 D-глюкозы и участвует в выборе субстрата в экзофациальном сайте связывания». Биохимия . 37 (5): 1322–6. дои : 10.1021/bi972322u . ПМИД 9477959 .
- ^ Груз П.В., Мюклер М.М. (декабрь 1999 г.). «Цистеин-сканирующий мутагенез трансмембранного сегмента 7 транспортера глюкозы GLUT1» . Журнал биологической химии . 274 (51): 36176–80. дои : 10.1074/jbc.274.51.36176 . ПМИД 10593902 .
- ^ Торенс Б. (апрель 1996 г.). «Переносчики глюкозы в регуляции потоков глюкозы в кишечнике, почках и печени». Американский журнал физиологии . 270 (4 ч. 1): G541-53. дои : 10.1152/ajpgi.1996.270.4.G541 . ПМИД 8928783 .
- ^ Jump up to: а б с д и Торенс Б., Мюклер М. (февраль 2010 г.). «Транспортеры глюкозы в 21 веке» . Американский журнал физиологии. Эндокринология и обмен веществ . 298 (2): E141-5. дои : 10.1152/ajpendo.00712.2009 . ПМЦ 2822486 . ПМИД 20009031 .
- ^ Белл Г.И., Каяно Т., Бусе Дж.Б., Бурант К.Ф., Такеда Дж., Лин Д., Фукумото Х., Сейно С. (март 1990 г.). «Молекулярная биология переносчиков глюкозы млекопитающих». Уход при диабете . 13 (3): 198–208. дои : 10.2337/diacare.13.3.198 . ПМИД 2407475 . S2CID 20712863 .
- ^ Бор ВФ (2003). Медицинская физиология: клеточный и молекулярный подход . Эльзевир/Сондерс. п. 995. ИСБН 978-1-4160-2328-9 .
- ^ Крейн Р.К. , Миллер Д., Билер И. (1961). «Ограничения возможных механизмов кишечного транспорта сахаров». В Кляйнцеллер А, Котык А (ред.). Мембранный транспорт и метаболизм. Материалы симпозиума, состоявшегося в Праге 22–27 августа 1960 г. Прага: Чешская академия наук . стр. 439–449.
- ^ Райт Э.М., Терк Э. (февраль 2004 г.). «Семейство котранспорта натрия и глюкозы SLC5». Архив Пфлюгерса . 447 (5): 510–8. дои : 10.1007/s00424-003-1063-6 . ПМИД 12748858 . S2CID 41985805 .
- ^ Бойд, Калифорния (март 2008 г.). «Факты, фантазии и забавы в эпителиальной физиологии» . Экспериментальная физиология . 93 (3): 303–14. doi : 10.1113/expphysicalol.2007.037523 . ПМИД 18192340 . S2CID 41086034 .
Идея того времени, которая остается во всех современных учебниках, — это идея Роберта Крейна , первоначально опубликованная в качестве приложения к докладу на симпозиуме, опубликованному в 1960 году ( Crane et al. 1960). Ключевым моментом здесь было «сочетание потоков», совместный транспорт натрия и глюкозы в апикальной мембране эпителиальных клеток тонкой кишки. Полвека спустя эта идея превратилась в один из наиболее изученных белков-транспортеров (SGLT1) — котранспортер натрия и глюкозы.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Глюкоза + Транспорт + Белки + Фасилитатор в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)