GLUT: ฟังก์ชั่นตัวขนส่งกลูโคสหลัก - ชีววิทยา

จำนวนที่มากเกินไปเป็นชุดของชนิดสายพานประตู, ใน ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการขนส่งน้ำตาลกลูโคสเข้าสู่เซลล์เรื่อย ๆ ของหลากหลายของเซลล์เลี้ยงลูกด้วยนม

อย่างไรก็ตาม GLUT ส่วนใหญ่ที่ได้รับการระบุจนถึงปัจจุบันไม่เฉพาะเจาะจงสำหรับกลูโคส ในทางตรงกันข้ามพวกมันมีความสามารถในการขนส่งน้ำตาลที่แตกต่างกันเช่นแมนโนสกาแลคโตสฟรุคโตสและกลูโคซามีนรวมถึงโมเลกุลประเภทอื่น ๆ เช่นยูเรตและแมนโนซิทอล

โครงสร้างทั่วไปของตัวลำเลียงกลูโคส GLUT โดย A2-33 จาก Wikimedia Commons

จนถึงปัจจุบันมีการระบุ GLUT อย่างน้อย 14 รายการ ทั้งหมดมีลักษณะโครงสร้างทั่วไปและแตกต่างกันทั้งในด้านการกระจายตัวของเนื้อเยื่อและชนิดของโมเลกุลที่มี ดังนั้นแต่ละประเภทจึงดูเหมือนจะปรับให้เข้ากับสภาวะทางสรีรวิทยาที่แตกต่างกันซึ่งจะตอบสนองบทบาทการเผาผลาญโดยเฉพาะ

การเคลื่อนย้ายกลูโคสภายในเซลล์

เซลล์ที่มีชีวิตส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการออกซิเดชั่นของกลูโคสบางส่วนหรือทั้งหมดเพื่อให้ได้พลังงานที่จำเป็นในการดำเนินกระบวนการที่สำคัญ

การเข้ามาของโมเลกุลนี้ในไซโตซอลของเซลล์ซึ่งจะถูกเผาผลาญนั้นขึ้นอยู่กับความช่วยเหลือของโปรตีนตัวขนส่งเนื่องจากมีขนาดใหญ่และมีขั้วมากพอที่จะสามารถข้ามตัวของไขมันได้ด้วยตัวเอง

ในเซลล์ยูคาริโอตมีการระบุตัวขนส่งสองประเภทหลักที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนย้ายน้ำตาลนี้ ได้แก่ ตัวส่งโคทรานสปอร์เตอร์ Na + / กลูโคส (SGLT) และเครื่องส่ง GLUT

ในอดีตใช้กลไกการขนส่งที่ใช้งานทุติยภูมิโดยที่ Na + cotransport ให้พลังงานจูงใจในการดำเนินกระบวนการ ในขณะที่อย่างหลังดำเนินการเคลื่อนไหวแบบพาสซีฟที่อำนวยความสะดวกกลไกที่ไม่ต้องการพลังงานและสนับสนุนการไล่ระดับความเข้มข้นของน้ำตาล

กลไกการขนส่งที่ใช้โดยผู้ขนส่ง GLUT hexose โดย Emma Dittmar - งานของตัวเอง CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

สายพานลำเลียง GLUT

GLUT transporters เป็นตัวย่อในภาษาอังกฤษสำหรับ "Glucose Transporters" เป็นกลุ่มของตัวขนส่งแบบประตูซึ่งมีหน้าที่ในการขนส่งกลูโคสแบบพาสซีฟจากตัวกลางนอกเซลล์ไปยังไซโทซอล

พวกมันอยู่ในกลุ่ม Superfamily ของผู้ขนส่งที่ได้รับการอำนวยความสะดวก (MSF) ซึ่งประกอบด้วยผู้ขนส่งจำนวนมากที่รับผิดชอบในการขนส่งผ่านเมมเบรนของโมเลกุลอินทรีย์ขนาดเล็กที่หลากหลาย

แม้ว่าชื่อของมันจะบ่งบอกว่าพวกมันขนส่งเฉพาะกลูโคส แต่ตัวขนส่งเหล่านี้มีความจำเพาะแตกต่างกันไปสำหรับโมโนแซ็กคาไรด์ที่แตกต่างกันโดยมีคาร์บอนหกอะตอม ดังนั้นมากกว่าตัวขนส่งกลูโคสพวกมันเป็นตัวขนส่งเฮกโซส

จนถึงปัจจุบันมีการระบุอย่างน้อย 14 GLUTs และตำแหน่งของมันดูเหมือนจะเป็นเนื้อเยื่อเฉพาะในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นั่นคือแต่ละไอโซฟอร์มจะแสดงในเนื้อเยื่อโดยเฉพาะอย่างยิ่ง

ในแต่ละเนื้อเยื่อเหล่านี้ลักษณะทางจลน์ของตัวลำเลียงเหล่านี้แตกต่างกันอย่างชัดเจน ข้อหลังดูเหมือนจะบ่งบอกว่าแต่ละตัวได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการในการเผาผลาญที่แตกต่างกัน

โครงสร้าง

14 GLUT ที่ได้รับการระบุจนถึงปัจจุบันมีลักษณะโครงสร้างทั่วไปหลายชุด

ทั้งหมดนี้เป็นโปรตีนเมมเบรนแบบอินทิกรัลหลาย ๆ ครั้งนั่นคือพวกมันข้ามบิลิเลเยอร์ของไขมันหลาย ๆ ครั้งผ่านส่วนของเมมเบรนที่อุดมไปด้วยกรดอะมิโนที่ไม่ชอบน้ำ

ลำดับเปปไทด์ของตัวขนส่งเหล่านี้แตกต่างกันไประหว่าง 490-500 กรดอะมิโนตกค้างและโครงสร้างทางเคมีสามมิติคล้ายกับที่รายงานสำหรับสมาชิกคนอื่น ๆ ของผู้อำนวยความสะดวกที่สำคัญ Superfamily (MSF)

โครงสร้างนี้โดดเด่นด้วยการนำเสนอส่วนของทรานส์เมมเบรน 12 ส่วนในการกำหนดค่าα-helix และโดเมนนอกเซลล์ที่มีไกลโคซิลสูงซึ่งอาจอยู่ในวงที่สามหรือห้าซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของ GLUT

นอกจากนี้อะมิโนและคาร์บอกซิลเทอร์มินีของโปรตีนยังมุ่งเน้นไปที่ไซโตซอลและแสดงให้เห็นถึงความสมมาตรของเทียมในระดับหนึ่ง วิธีที่ปลายเหล่านี้ถูกจัดเรียงเชิงพื้นที่ก่อให้เกิดโพรงเปิดซึ่งเป็นที่ยึดเกาะสำหรับกลูโคสหรือสำหรับการขนส่งโมโนแซ็กคาไรด์อื่น ๆ

ในแง่นี้การก่อตัวของรูขุมขนที่น้ำตาลเคลื่อนผ่านปลายน้ำของบริเวณที่มีผลผูกพันถูกกำหนดโดยการจัดเรียงส่วนกลางของเกลียว 3, 5, 7 และ 11 ทั้งหมดนี้มีความหนาแน่นสูง สารตกค้างที่ขั้วซึ่งอำนวยความสะดวกในการก่อตัวของสภาพแวดล้อมที่ชอบน้ำภายในของรูขุมขน

การจัดหมวดหมู่

GLUT ถูกแบ่งออกเป็นสามคลาสใหญ่ ๆ โดยพิจารณาจากระดับความคล้ายคลึงกันของลำดับเปปไทด์เช่นเดียวกับตำแหน่งของโดเมนไกลโคซิล

GLUT ที่อยู่ในคลาส I และ II จำกัด โดเมนที่มีไกลโคซิลสูงไว้ที่ลูปภายนอกเซลล์แรกที่อยู่ระหว่างสองส่วนของทรานส์เมมเบรนแรก ในขณะที่ในคลาส III จะ จำกัด เฉพาะลูปที่เก้า

ในแต่ละชั้นเรียนเหล่านี้เปอร์เซ็นต์ของความคล้ายคลึงกันระหว่างลำดับเปปไทด์จะแตกต่างกันระหว่าง 14 ถึง 63% ในภูมิภาคที่ได้รับการอนุรักษ์น้อยกว่าและระหว่าง 30 ถึง 79% ในภูมิภาคที่มีการอนุรักษ์สูง

Class I ประกอบด้วยตัวขนส่ง GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT 4 และ GLUT14 คลาส II สำหรับ GLUT5, 7, 9 และ 11 และคลาส III สำหรับ GLUT6, 8, 10 และ 12 และ 13

สิ่งสำคัญคือต้องพูดถึงว่าตัวขนส่งแต่ละตัวมีตำแหน่งลักษณะจลน์ความจำเพาะและหน้าที่ของสารตั้งต้นที่แตกต่างกัน

ตัวลำเลียงและหน้าที่หลักของกลูโคส

GLUT1

ส่วนใหญ่แสดงออกในเม็ดเลือดแดงเซลล์สมองรกและไต แม้ว่าหน้าที่หลักของมันคือการให้ระดับกลูโคสที่จำเป็นต่อการหายใจของเซลล์แก่เซลล์เหล่านี้ แต่ก็มีหน้าที่ในการขนส่งคาร์โบไฮเดรตอื่น ๆ เช่นกาแลคโตสแมนโนสและกลูโคซามีน

GLUT2

แม้ว่ากลูโคสจะมีความจำเพาะสูง แต่ GLUT2 ก็มีความสัมพันธ์กับกลูโคซามีนสูงกว่า อย่างไรก็ตามมันยังสามารถขนส่งฟรุกโตสกาแลคโตสและแมนโนสไปยังไซโตซอลของเซลล์ตับตับอ่อนและไตของเยื่อบุผิวลำไส้เล็ก

GLUT3

แม้ว่ากลูโคสจะมีความสัมพันธ์กันสูง แต่ GLUT3 ยังจับและขนส่งกาแลคโตสแมนโนสมอลโตสไซโลสและกรดดีไฮโดรสคอร์บิกที่มีความสัมพันธ์ต่ำกว่า

ส่วนใหญ่แสดงออกในเซลล์ของตัวอ่อนดังนั้นจึงรักษาการขนส่งน้ำตาลเหล่านี้จากรกไปยังเซลล์ทั้งหมดของทารกในครรภ์อย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังตรวจพบในเซลล์กล้ามเนื้อและอัณฑะ

GLUT4

มีความสัมพันธ์กับกลูโคสสูงและแสดงออกในเนื้อเยื่อที่ไวต่ออินซูลินเท่านั้น ดังนั้นจึงมีความเกี่ยวข้องกับการขนส่งกลูโคสที่กระตุ้นโดยฮอร์โมนนี้

GLUT8

ลำเลียงทั้งกลูโคสและฟรุกโตสไปยังเซลล์ตับเส้นประสาทหัวใจลำไส้และไขมัน

GLUT9

นอกเหนือจากการขนส่งกลูโคสและฟรุคโตสแล้วยังมีความสัมพันธ์ที่สูงกับเกลือยูเรตซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ดูดซึมในเซลล์ไตได้ อย่างไรก็ตามพบว่าแสดงออกในเม็ดเลือดขาวและเซลล์ของลำไส้เล็กด้วยเช่นกัน

GLUT12

ในกล้ามเนื้อโครงร่างตัวลำเลียงนี้จะถูกเปลี่ยนตำแหน่งไปยังเมมเบรนในพลาสมาเพื่อตอบสนองต่ออินซูลินดังนั้นจึงทำหน้าที่ในกลไกการตอบสนองต่อฮอร์โมนนี้ การแสดงออกของมันยังถูกกำหนดในเซลล์ของต่อมลูกหมากรกไตสมองและต่อมน้ำนม

GLUT13

ดำเนินการขนส่ง myoinositol และไฮโดรเจนควบคู่ไปโดยเฉพาะ ด้วยเหตุนี้จึงมีส่วนช่วยในการลด pH ของน้ำไขสันหลังให้มีค่าใกล้เคียงกับ 5.0 โดยเซลล์ประสาทที่ประกอบเป็น cerebellum, hypothalamus, hippocampus และก้านสมอง

อ้างอิง

การทบทวนที่สำคัญของ Augustin R. กลุ่มโปรตีนของผู้อำนวยความสะดวกในการขนส่งกลูโคส: ไม่เพียง แต่เกี่ยวกับกลูโคสเท่านั้น ชีวิต IUBMB 2010 62 (5): 315-33.
Bell GI, Kayano T, Buse JB, Burant CF, Takeda J, Lin D, Fukumoto H, Seino S. อณูชีววิทยาของผู้ขนส่งกลูโคสของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การดูแลผู้ป่วยโรคเบาหวาน 1990; 13 (3): 198-208.
Castrejón V, Carbó R, Martínez M. กลไกระดับโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งกลูโคส REB 2550; 26 (2): 49-57.
Joost HG, Thorens B. ผู้อำนวยความสะดวกในการขนส่งน้ำตาล / โพลีออลตระกูล GLUT แบบขยาย: ระบบการตั้งชื่อลักษณะลำดับและหน้าที่ที่เป็นไปได้ของสมาชิกใหม่ (บทวิจารณ์) Mol Membr จิตเวช. 2001; 18 (4): 247-56.
Kinnamon SC, นิ้ว TE. รสชาติของ ATP: สารสื่อประสาทในต่อมรับรส Front Cell Neurosci. 2556; 7: 264.
Scheepers A, Schmidt S, Manolescu A, Cheeseman CI, Bell A, Zahn C, Joost HG, Schürmann A. ลักษณะของยีน SLC2A11 (GLUT11) ของมนุษย์: การใช้ตัวส่งเสริมทางเลือกฟังก์ชันการแสดงออกและการกระจายตัวของเซลล์ย่อยของสามไอโซฟอร์มและ ขาด orthologue ของเมาส์ โมล Membr จิตเวช. 2548; 22 (4): 339-51.
Schürmann A. ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับตัวขนส่งเฮกโซส“ คี่” GLUT3, GLUT5 และ GLUT7 Am J Physiol Endocrinol Metab. 2008; 295 (2): E225-6.
Thorens B, Mueckler M. ผู้ขนส่งกลูโคสในศตวรรษที่ 21 Am J Physiol Endocrinol Metab. 2010 298 (2): E141-145
Yang H, Wang D, Engelstad K, Bagay L, Wei Y, Rotstein M, Aggarwal V, Levy B, Ma L, Chung WK, De Vivo DC กลุ่มอาการขาด Glut1 และการทดสอบการดูดซึมกลูโคสของเม็ดเลือดแดง แอนเนอรอล. ปี 2011 70 (6): 996-1005

GLUT: ฟังก์ชั่นตัวขนส่งกลูโคสหลัก - ชีววิทยา - 2025