- ลักษณะเฉพาะ
- โครงสร้าง
- การขนส่งกลูโคสผ่าน GLUT4 อย่างไร?
- คุณสมบัติ
- การเคลื่อนย้ายถุง GLUT4 จากไซโตซอลไปยังเมมเบรน
- อ้างอิง
GLUT4เป็นโปรตีนขนถ่ายกลูโคสของกรดอะมิโน 509 ที่มีความสัมพันธ์กับน้ำตาลนี้สูง มันเป็นของกลุ่ม Superfamily หลักที่ยิ่งใหญ่ของผู้อำนวยความสะดวก (MSF) ที่มีลักษณะเป็นแอลฟาเฮลิกส์ 12 ตัว เช่นเดียวกับสมาชิกทุกคนในครอบครัวนี้เป็นสื่อกลางในการขนส่งกลูโคสที่อำนวยความสะดวกให้ลดระดับความเข้มข้นลง
ตำแหน่งของมันถูก จำกัด ไว้เฉพาะเซลล์ที่ไวต่อการกระตุ้นของอินซูลินเช่น adipocytes และ myocytes ในแง่นี้ GLUT4 เป็นดาวในกลไกหลักของการดูดซึมกลูโคสภายใต้ภาวะน้ำตาลในเลือดสูงในเลือด
GLUT4 เป็นตัวขนส่งกลูโคสเพียงตัวเดียวที่ควบคุมโดย Insulin โดย Meiquer จาก Wikimedia Commons
ประมาณ 95% ของ GLUT4 ที่เซลล์สังเคราะห์ขึ้นยังคงอาศัยอยู่ในไซโทซอลภายในถุง ถุงเหล่านี้หลอมรวมกับเมมเบรนในพลาสมาโดยเปิดเผยตัวรับในนั้นเพื่อตอบสนองต่อการกระตุ้น exocytosis ที่เป็นสื่อกลางอินซูลิน
การออกกำลังกายของกล้ามเนื้อโครงร่างยังสามารถส่งเสริมการเคลื่อนย้ายของตัวลำเลียงนี้ในเยื่อหุ้มเซลล์เนื่องจากความต้องการพลังงานสูงที่เซลล์เหล่านี้มีภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ อย่างไรก็ตามสัญญาณที่กระตุ้นการสังเคราะห์ระหว่างการออกกำลังกายเป็นเวลานานยังไม่ทราบแน่ชัด
ลักษณะเฉพาะ
เช่นเดียวกับ GLUT1 ผู้ถ่ายทอดการแสดงออกที่เป็นส่วนประกอบ GLUT4 มีความสัมพันธ์กับกลูโคสสูงซึ่งแปลเป็นความสามารถในการจับกลูโคสแม้ว่าความเข้มข้นของน้ำตาลนี้ในเลือดจะมีค่าต่ำมากก็ตาม
ในทางตรงกันข้ามกับไอโซฟอร์มที่รับผิดชอบในการขนส่งกลูโคสภายใต้สภาวะพื้นฐาน (GLUT1 และ GLUT3) ตัวลำเลียงนี้จะไม่แสดงในเยื่อหุ้มเซลล์ของเอ็มบริโอ
ในทางตรงกันข้ามมันจะแสดงออกเฉพาะในเซลล์ของเนื้อเยื่อของผู้ใหญ่โดยส่วนใหญ่อยู่ในเนื้อเยื่อรอบข้างที่อุดมไปด้วยไขมันสีน้ำตาลที่มีความเข้มข้นสูงเช่นหัวใจกล้ามเนื้อโครงร่างและเนื้อเยื่อไขมัน อย่างไรก็ตามมันยังถูกตรวจพบในเซลล์ของต่อมใต้สมองและไฮโปทาลามัส
ในแง่นี้สิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่าการกระจายที่ จำกัด ไว้เฉพาะเซลล์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของอินซูลินนั้นเกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่ามันแสดงการแสดงออกที่ควบคุมโดยฮอร์โมนนี้ การวิจัยอื่น ๆ แสดงให้เห็นว่าการหดตัวของกล้ามเนื้อสามารถส่งผลต่อการแสดงออกของผู้ขนส่งนี้ได้
ในทางกลับกันการศึกษาตำแหน่งใต้เซลล์แสดงให้เห็นว่า GLUT2 มีตำแหน่งคู่ระหว่างไซโตซอลและเมมเบรน ในช่อง cytosolic ซึ่งมีเปอร์เซ็นต์สูงสุดอยู่ในช่องต่างๆ: ในเครือข่าย trans-golgi, endosome ต้น, ถุงที่ปกคลุมหรือไม่โดย clathrin และโครงสร้าง cytoplasmic tubulo-vesicular
โครงสร้าง
เช่นเดียวกับสมาชิกทุกคนในครอบครัวของผู้ขนส่งกลูโคสที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งแบบพาสซีฟที่อำนวยความสะดวกของเฮกโซส (GLUTs) นี้ GLUT4 เป็นโปรตีนทรานส์เมมเบรนแบบมัลติพาสα-helix
เซกเมนต์ทรานส์เมมเบรนสิบสองส่วนในโครงร่างα-helix ข้ามเมมเบรนพลาสมาและช่องใต้เซลล์ (ถุง) ของเซลล์ที่ GLUT 4 แสดง
Helices 3, 5, 7 และ 11 มีการกระจายเชิงพื้นที่เพื่อก่อให้เกิดการสร้างช่องทางที่ชอบน้ำซึ่งการขนส่งโมโนแซคคาไรด์เกิดขึ้นจากอวกาศนอกเซลล์ไปยังไซโตซอลเพื่อให้เกิดการไล่ระดับความเข้มข้น
ปลายขั้วอะมิโนและคาร์บอกซิลของโปรตีนมุ่งไปที่ไซโทพลาสซึมในรูปแบบโครงสร้างที่ส่งผลให้เกิดวงกลางขนาดใหญ่
พื้นที่ที่คั่นด้วยปลายทั้งสองข้างแสดงถึงบริเวณที่มีความสำคัญในการทำงานของโปรตีนเนื่องจากมีส่วนเกี่ยวข้องทั้งในการดูดซึมและการจับกลูโคสและในการตอบสนองต่อการส่งสัญญาณอินซูลิน นอกเหนือจากการสั่งการจากช่อง cytosolic vesicular ไปยังพลาสมาเมมเบรนซึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัวลำเลียง
การขนส่งกลูโคสผ่าน GLUT4 อย่างไร?
เช่นเดียวกับสมาชิกทุกคนในครอบครัวของผู้ขนส่งกลูโคสที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งแบบพาสซีฟที่อำนวยความสะดวกของเฮกโซส (GLUTs) นี้ GLUT4 เป็นโปรตีนเมมเบรนแบบหลายตัวในα-helix
ความผิดปกติของโครงสร้างที่เกิดจากการจับตัวของน้ำตาลจะทำให้พื้นที่ยึดเกาะจากแม่พิมพ์ภายนอกของเมมเบรนไปยังไซโตซอลที่มันถูกปล่อยออกมา เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นแล้วผู้ขนส่งจะได้รับโครงสร้างเริ่มต้นอีกครั้งดังนั้นจึงทำให้ไซต์นั้นได้รับกลูโคสที่ด้านนอกของเมมเบรน
คุณสมบัติ
โปรตีนตัวขนส่งกลูโคสประเภท GLUT4 มีหน้าที่ในการเคลื่อนย้ายกลูโคสจากสื่อนอกเซลล์ไปยังไซโตซอลเพื่อตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นที่เกิดจากการหลั่งอินซูลินที่เพิ่มขึ้นในเซลล์ของเนื้อเยื่อที่ไวต่อฮอร์โมนนี้เช่นที่ พวกมันรวมกล้ามเนื้อโครงร่างและเนื้อเยื่อไขมัน
เพื่อให้เข้าใจสิ่งนี้ได้ดีขึ้นสิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าอินซูลินเป็นฮอร์โมนที่ปล่อยออกมาจากเซลล์ pan ของตับอ่อนเพื่อตอบสนองต่อความเข้มข้นสูงของกลูโคสในเลือดการตั้งค่ากลไกทางสรีรวิทยาการเคลื่อนไหวที่ส่งเสริมการดูดซึมของเซลล์และการสังเคราะห์ไกลโคเจน
เนื่องจากความไวของ GLUT4 ต่อฮอร์โมนนี้จึงทำหน้าที่เป็นตัวชูโรงของกลไกการควบคุมหลักของการดูดซึมกลูโคส มีบทบาทสำคัญในการระดมกลูโคสจากเลือดอย่างรวดเร็วเมื่อความเข้มข้นของโมโนแซ็กคาไรด์มีค่าสูงมาก หลังเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาสภาวะสมดุลของเซลล์
การดูดซึมกลูโคสอย่างรวดเร็วนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากความสัมพันธ์ที่สูงซึ่งผู้ขนส่งนี้มีต่อน้ำตาลนี้ กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือสามารถตรวจจับได้แม้ในระดับความเข้มข้นต่ำจับหรือจับได้อย่างรวดเร็ว
ในทางกลับกันความสามารถในการตรวจจับกลูโคสที่ความเข้มข้นต่ำจะอธิบายถึงความสำคัญของการแสดงออกของ GLUT4 ในเยื่อหุ้มกล้ามเนื้อโครงร่างระหว่างการออกกำลังกายซึ่งเป็นกิจกรรมที่มีความต้องการพลังงานสูง
การเคลื่อนย้ายถุง GLUT4 จากไซโตซอลไปยังเมมเบรน
กลไกการเคลื่อนย้ายถุงลูกปืน GLUT4 ไปยังเมมเบรน โดย CNX OpenStax จาก Wikimedia Commons
ในกรณีที่ไม่มีการกระตุ้นอินซูลินประมาณ 95% ของ GLUT4 จะถูกคัดเลือกเข้าไปในไซโตพลาสซึมภายในถุงจากเครือข่ายทรานส์กอลจิ
เมื่อความเข้มข้นของกลูโคสสูงเกินกว่าค่าทางสรีรวิทยาจะมีการกระตุ้นน้ำตกที่ส่งสัญญาณซึ่งนำไปสู่การปลดปล่อยอินซูลินจากตับอ่อน
ขณะนี้อินซูลินที่ปล่อยออกมาสามารถจับกับตัวรับอินซูลินที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ของไมโอไซต์และอะดิโพไซต์ส่งสัญญาณที่จำเป็นเพื่อกระตุ้นการกระตุ้นของเซลล์ภายนอก ผลที่ตามมาในการหลอมรวมถุงลูกปืน GLUT4 กับเมมเบรนในพลาสมา
การหลอมรวมชั่วคราวนี้จะเพิ่มความเข้มข้นของตัวลำเลียงในเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้ นั่นคือเมื่อระดับกลูโคสในเลือดลดลงถึงระดับพื้นฐานสิ่งกระตุ้นจะหายไปและตัวลำเลียงจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่โดยการกระตุ้นของ endocytosis
อ้างอิง
- ไบรอันท์ NJ, Govers R, James DE. การขนส่งที่มีการควบคุมของ GLUT 4. Nat Rev Mol Cell Biol.2002; 3 (4): 267-277
- เฮนริกเซ่น EJ. บทวิจารณ์ที่ได้รับเชิญ: ผลของการออกกำลังกายแบบเฉียบพลันและการฝึกออกกำลังกายต่อภาวะดื้ออินซูลิน J Appl Physiol (2528). ปี 2002 93 (2): 788-96.
- Huang S ส. ส. เช็ก เครื่องลำเลียงกลูโคส GLUT4 Metab ของเซลล์ 2007 5 (4): 237-252
- Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. ผลของการออกกำลังกายต่อการแสดงออกของยีน GLUT4 และไกลโคเจนในกล้ามเนื้อโครงร่างของมนุษย์. J Appl Physiol (2528). 2000 88 (2): 794-6.
- Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. พื้นฐานระดับโมเลกุลของการค้าถุง GLUT4 ที่กระตุ้นด้วยอินซูลิน เคมีจิตเวช. 2542; 274 (5): 2593-2596
- Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB ตัวรับอินซูลินและการออกฤทธิ์ของอินซูลินในสมอง: การทบทวนและผลกระทบทางคลินิก ความคิดเห็นเกี่ยวกับประสาทและชีวพฤติกรรม. 2000 855-872
- Wood IS, Trayhurn P. ตัวขนส่งกลูโคส (GLUT และ SGLT): กลุ่มโปรตีนขนส่งน้ำตาลที่ขยายตัว Br J Nutr. 2003 89 (1): 3-9. Zhao FQ, Keating AF. คุณสมบัติการทำงานและจีโนมิกส์ของตัวขนส่งกลูโคส Curr Genomics 2007 8 (2): 113-28.