Глюкозные транспортёры (англ.Glucose transporter, сокр. GLUT или ГЛЮТ) — большая группа мембранных белков, отвечающих за перенос глюкозы через клеточную мембрану. Поскольку глюкоза является жизненно важным источником энергии, эти белки присутствуют у всех типов живых организмов.
Отдельно выделяют GLUT (ГЛЮТ), или SLC2A — семейство белков-переносчиков глюкозы, встречающихся в большинстве клеток млекопитающих. Так, в человеческом геноме закодировано двенадцать белков семейства GLUT. Они представляют собой транспортные белки-унипортеры.
Большинство не автотрофных организмов неспособны производить свободную глюкозу, поскольку у них отсутствует экспрессия фермента глюкозо-6-фосфатазы. Таким образом, они способны осуществлять только поглощение и катаболизм глюкозы. Однако, в условиях голодания некоторые ткани и органы, такие как гепатоциты, кишечник, мышцы, мозг и почки, способны осуществлять синтез глюкозы, вследствие активации процесса глюконеогенеза.
Среднее сродство к глюкозе. Сильная экспрессия в фазе стационарного роста, при образовании спор и в условиях низкой концентрации глюкозы. Транскрипция подавляется глюкозой[4].
GLUT (ГЛЮТ) — интегральные мембранные белки, содержащие 12 пересекающих клеточную мембрану спиралей, при этом амино- (N-конец) и карбоксильный (C-конец) концы выходят со стороны клеточной мембраны, обращенной к цитоплазме. ГЛЮТ переносят глюкозу и связанные гексозы в соответствии с моделью альтернативных конформаций[5][6][7], которая предсказывает, что транспортёр выставляет свой единственный участок связывания субстрата либо внутрь, либо наружу клетки. Связывание глюкозы с участком провоцирует конформационное изменение, связанное с транспортом, и приводит к высвобождению глюкозы с противоположной стороны клеточной мембраны. Внутренние и внешние участки связывания глюкозы, как считается, расположены на трансмембранных сегментах 9, 10 и 11[8]. Мотив QLS на седьмом трансмембранном сегменте возможно может определять селективность и аффинность транспорта[9][10].
Каждая изоформа глюкозного транспортёра играет определенную роль в метаболизме глюкозы, в зависимости от её тканевой экспрессии, субстратной специфичности, кинетики транспорта и регуляции экспрессии в различных физиологических условиях[11]. На данный момент обнаружено тринадцать белков-транспортёров семейства GLUT/SLC2[12]. На основании сходства аминокислотных последовательностей они разделены на три подкласса.
Класс I
К классу I относятся транспортёры GLUT1-GLUT4[13].
Широко распространён в зародышевых тканях. У взрослых сильнее всего экспрессируется в эритроцитах и эндотелиальных клетках барьерных тканей, например в гемато-энцефалическом барьере. Помимо этого, он ответственен за минимальный базальный уровень поглощения глюкозы всеми клетками организма, необходимый для поддержания клеточного дыхания.
Уровень GLUT1 в клеточной мембране повышается при снижении уровня глюкозы и уменьшается при его повышении.
Это транспортёр глюкозы, работающий в двух направлениях. Экспрессируется клетками почечных канальцев, печени и бета-клетками поджелудочной железы. Также его можно обнаружить в базолатеральной мембране эпителия тонкой кишки. Двунаправленный транспортёр необходим клеткам печени для поглощения глюкозы в процессе гликолиза, и её высвобождения в процессе глюконеогенеза. В бета-клетках поджелудочной железы, свободная глюкоза необходима для того, чтобы клетки могли точно измерить уровень глюкозы в сыворотке крови. Кроме этого GLUT2 осуществляет транспорт глюкозы, галактозы и фруктозы из клеток слизистой кишечника в просвет кровеносных сосудов.
Это изоформа с низким сродством. Существуют данные, что основными транспортёрами глюкозы в бета-клетки на самом деле являются GLUT1 и GLUT3.
Большинство транспортёров классов II/III было обнаружено относительно недавно в результате деятельности различных геномных проектов.
Функции данных изоформ на данный момент неясны. Некоторые из них (GLUT6, GLUT8) состоят из мотивов, которые способствуют сохранению транспортёров внутри клетки, и таким образом предотвращают транспорт глюкозы. Существуют ли механизмы, способствующие транслокации этих транспортёров на клеточную поверхность, неизвестно, но было выяснено, что инсулин не способствует такой транслокации.
Открытие натрий-глюкозного ко-транспортёра
В августе 1960 года, в Праге, Роберт К. Крэйн представил общественности своё открытие: механизм вторично-активного транспорта глюкозы в сопряжении с натрием в клетках кишечника[16]. Открытие Крэйном вторично-активного транспорта было первым открытием, показавшим значимость сопряжения потоков в биологии[17][18].
↑ 12345678Maier A., Asano T., Volker A., Boles E., Fuhrmann G F. Characterisation of glucose transport in Saccharomyces cerevisiae with plasma membrane vesicles (countertransport) and intact cells (initial uptake) with single Hxt1, Hxt2, Hxt3, Hxt4, Hxt6, Hxt7 or Gal2 transporters (англ.) // FEMS Yeast Research : journal. — 2002. — Vol. 2, no. 4. — P. 539—550. — doi:10.1111/j.1567-1364.2002.tb00121.x. — PMID12702270.
↑ 12Diderich J A., Schuurmans J M., Gaalen M C., Kruckeberg A L., Van Dam K. Functional analysis of the hexose transporter homologue HXT5 in Saccharomyces cerevisiae (англ.) // Yeast : journal. — 2001. — Vol. 18, no. 16. — P. 1515—1524. — doi:10.1002/yea.779. — PMID11748728.
↑Oka Y., Asano T., Shibasaki Y., Lin J., Tsukuda K., Katagiri H., Akanuma Y., Takaku F. C-terminal truncated glucose transporter is locked into an inward-facing form without transport activity (англ.) // Nature : journal. — 1990. — Vol. 345, no. 6275. — P. 550—553. — doi:10.1038/345550a0. — PMID2348864.
↑Hebert D., Carruthers A. Glucose transporter oligomeric structure determines transporter function. Reversible redox-dependent interconversions of tetrameric and dimeric GLUT1 (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1992. — Vol. 267, no. 33. — P. 23829—23838. — PMID1429721.
↑Cloherty E., Sultzman L., Zottola R., Carruthers A. Net sugar transport is a multistep process. Evidence for cytosolic sugar binding sites in erythrocytes (англ.) // Biochemistry : journal. — 1995. — Vol. 34, no. 47. — P. 15395—15406. — doi:10.1021/bi00047a002. — PMID7492539.
↑Seatter M., De la Rue S., Porter L., Gould G. QLS motif in transmembrane helix VII of the glucose transporter family interacts with the C-1 position of D-glucose and is involved in substrate selection at the exofacial binding site (англ.) // Biochemistry : journal. — 1998. — Vol. 37, no. 5. — P. 1322—1326. — doi:10.1021/bi972322u. — PMID9477959.
↑Hruz P., Mueckler M. Cysteine-scanning mutagenesis of transmembrane segment 7 of the GLUT1 glucose transporter (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1999. — Vol. 274, no. 51. — P. 36176—36180. — doi:10.1074/jbc.274.51.36176. — PMID10593902.
↑Thorens B. Glucose transporters in the regulation of intestinal, renal, and liver glucose fluxes (англ.) // American Physiological Society[англ.] : journal. — 1996. — Vol. 270, no. 4 Pt 1. — P. G541—53. — PMID8928783.
↑Joost H., Thorens B. The extended GLUT-family of sugar/polyol transport facilitators: nomenclature, sequence characteristics, and potential function of its novel members (review) (англ.) // Mol. Membr. Biol.[англ.] : journal. — 2001. — Vol. 18, no. 4. — P. 247—256. — doi:10.1080/09687680110090456. — PMID11780753.
↑Bell G., Kayano T., Buse J., Burant C., Takeda J., Lin D., Fukumoto H., Seino S. Molecular biology of mammalian glucose transporters (англ.) // Diabetes Care[англ.] : journal. — 1990. — Vol. 13, no. 3. — P. 198—208. — doi:10.2337/diacare.13.3.198. — PMID2407475.
↑Robert K. Crane, D. Miller and I. Bihler. “The restrictions on possible mechanisms of intestinal transport of sugars”. In: Membrane Transport and Metabolism. Proceedings of a Symposium held in Prague, August 22–27, 1960. Edited by A. Kleinzeller and A. Kotyk. Czech Academy of Sciences, Prague, 1961, pp. 439-449.
“Crane in 1961 was the first to formulate the cotransport concept to explain active transport [7]. Specifically, he proposed that the accumulation of glucose in the intestinal epithelium across the brush border membrane was [is] coupled to downhill Na+ transport cross the brush border. This hypothesis was rapidly tested, refined, and extended [to] encompass the active transport of a diverse range of molecules and ions into virtually every cell type.”
“the insight from this time that remains in all current text books is the notion of Robert Crane published originally as an appendix to a symposium paper published in 1960 (Crane et al. 1960). The key point here was 'flux coupling', the cotransport of sodium and glucose in the apical membrane of the small intestinal epithelial cell. Half a century later this idea has turned into one of the most studied of all transporter proteins (SGLT1), the sodium–glucose cotransporter.”
