GLUT1: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

GLUT1 är ett transmembranprotein som ansvarar för att underlätta passiv transport av glukos över plasmamembranet, från det extracellulära utrymmet in i cellen.

Förutom glukos har det visats att det också kan mobilisera andra sex kolsockerarter såsom galaktos, glukosamin och mannos. I sin tur tillåter det upptag och transport av C-vitamin till celler som inte kan producera det.

Crystal Structure of Glucose Transporter GLUT1. Av A2-33 från Wikimedia Commons.

Eftersom alla molekyler som transporteras av GLUT1 är involverade i energiproduktionsvägarna i cellen spelar uttrycket för denna transportör en mycket viktig metabolisk roll.

I själva verket resulterar mutationer som förändrar eller avskaffar uttrycket av en funktionell GLUT1 i uppkomsten av flera sjukdomar associerade med långsam neurologisk utveckling och begränsad hjärntillväxt.

Glukostransport i celler och GLUT1-transportörer

Glukos är den föredragna kol- och energikällan för de flesta celler som utgör livets träd. Eftersom det inte är tillräckligt litet och hydrofobt att korsa cellmembran på egen hand kräver dess transport till cellen hjälp av transporterproteiner.

Två specifika transportförmedlade transportmekanismer har föreslagits för detta socker. En av dem svarar på ett passivt transportsystem (underlättad diffusion) och den andra på ett aktivt transportsystem.

Den första kräver inte energi för att utföras och sker genom en koncentrationsgradient, det vill säga från en plats med hög glukoskoncentration till en där koncentrationen är lägre.

Aktiv glukostransport utförs av transportörer som erhåller energi från samtransport av natriumjon.

Däremot utförs den underlättade (passiva) diffusionen av glukos av en familj av porttypstransporter som kallas GLUT (för förkortningen på engelska av ”Glucose Transporters”), familj som GLUT1 tillhör. Dessa binder glukos på utsidan av cellen och transporterar den till cytosolen. Åtminstone 5 av dem har identifierats och deras distribution verkar vara olika i olika däggdjursvävnader.

GLUT1-funktioner

Transportmekanism som används av glukostransportören GLUT1. Av Emma Dittmar - Eget arbete, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT1 är en uniporter glukostransportör, det vill säga kunna transportera glukos i endast en riktning, från utsidan av cellen till cytosolen.

Det tillhör superfamiljen för underlättad diffusionstransporter (MSF), som sprids i många olika organismer. Det deltar också i transmembrantransporten av ett stort antal små organiska molekyler.

Dess peptidsekvens på 492 aminosyror är mycket bevarad i de olika organismerna där de har identifierats, vilket inte är svårt att tro med tanke på att användningen av glukos för energiproduktion utgör centrum för livets metaboliska träd.

GLUT 1-struktur

GLUT1 är ett integrerat multipassmembranprotein som består av 492 aminosyrarester. Denna typ av integrerat membranprotein kännetecknas av att korsa lipid-bilskiktet flera gånger.

Den tredimensionella kemiska strukturen hos proteiner bestäms vanligtvis genom röntgenkristallografi. Den senare är en teknik som används allmänt av biokemiker för att rekonstruera en strukturell modell med användning av rena kristaller av det protein som ska studeras.

I högkonserverade proteiner som GLUT1 kan bestämning av proteinstrukturen för en enda organisme vara tillräcklig. Det är av denna anledning som forskare hittills har bestämt GLUT1-kristallstrukturen hos E3229-mutanten.

Liksom i alla andra medlemmar i huvudfaciliteten superfamily (MSF), representeras strukturen för GLUT1 av 12 transmembranhelikor.

I GLUT1 E3229 är peptidens amino- och karboxylterminaler dessutom pseudo-symmetriska och orienterade mot cytosolen. Arrangemanget av dessa ändar skapar en ficka eller ett hålrum som är öppet inuti cellen och som utgör bindningsstället för glukos.

En förändring i strukturen för GLUT1 bestämmer transporten av glukos in i cellen

Eftersom glukos vanligtvis transporteras från utsidan till insidan av cellen, upptäcker upptäckten att bindningsstället för detta socker är inriktat mot cytosolen genererar viss förvirring.

Emellertid hittar denna förvirring en lösning i resultaten från biokemiska undersökningar som antyder att en förändring sker i form av proteinet, vilket gör att glukosbindningsstället först kan exponeras på ena sidan av membranet och sedan på den andra.

Detta betyder inte att proteinet roterar genom membranet, men att bindningen av sockret introducerar förändringen på ett sätt som, precis som en grind, exponerar glukosen för det inre.

GLUT 1 Funktioner

Eftersom GLUT1 är en konstitutiv uttryckstransportör, det vill säga att den alltid uttrycks i de flesta däggdjursceller, är funktionerna som den utför avgörande för dessa celler. I själva verket uttrycks det i nästan alla vävnader i fostret just för att en hög energiförsörjning behövs under utvecklingsfaserna för att säkerställa tillväxt.

Emellertid minskas dess uttryck efter födseln i vissa vävnader såsom levern, där uttrycket av andra isoformer som GLUT4 nu ökas.

För erytrocyter är det av grundläggande betydelse, eftersom de senare uteslutande beror på glukos för energi eftersom de saknar mitokondrier. Det är dock fortfarande ansvarigt för upptag av glukos för att stödja andning i andra celltyper.

Eftersom GLUT1 når en hög koncentration i de vaskulära endotelcellerna i många organ och vävnader är en av dess funktioner att transportera glukos från blodet.

Transporten av andra hexoser såsom mannos, galaktos och glukosamin med GLUT1 ifrågasätter inte dess direkta samband med energimetabolismen, eftersom ATP kan genereras från alla dessa hexoser.

Vidare har upptag och transport av C-vitamin till celler som inte kan syntetisera det också varit en av funktionerna som rapporterats för denna allestädes närvarande receptor.

referenser

1. Chen LY, Phelix CF. Extracellulär grindning av glukostransport genom GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019; 511 (3): 573-578.
2. Cunningham P, Naftalin RJ. överväganden av avvikande temperaturkänslig glukostransport via glukostransportmangelmutanten (GLUT1DS) T295M för alternativa åtkomstmodeller och fasta platstransportmodeller. J Membr Biol. 2013; 246 (6): 495-511.
3. Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. Kristallstruktur för den mänskliga glukostransportören GLUT1. Natur. 2014; 510 (7503): 121-125.
4. Deng D, Yan N. Kristallisation och strukturell bestämning av de mänskliga glukostransportörerna GLUT1 och GLUT3. Metoder Mol Biol. 2018; 1713: 15-29.
5. Fu X, Zhang G, Liu R, Wei J, Zhang-Negrerie D, Jian X, Gao Q. Mechanistic Study of Human Glucose Transport Mediated by GLUT1. J Chem Inf Model. 2016; 56 (3): 517-526.
6. Mueckler M, Makepeace C. Analys av transmembransegment 8 i GLUT1-glukostransportören genom cysteinscannande mutagenes och substituerad cysteintillgänglighet. J Biol Chem. 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. Philip L. Kapitel 13 - Membrantransport. The Membranes of Cells (Tredje upplagan). 2016, sid 335-378.
8. Simmons R. Cell Glukostransport och glukoshantering under foster- och neonatal utveckling. Fetal och neonatal fysiologi (femte upplagan). 2017; 1 sid 428-435.