GLUT1: מאפיינים, מבנה, פונקציות - ביולוגיה - 2025

GLUT1 הוא חלבון טרנסממברני האחראי על הקלה בהובלה פסיבית של גלוקוזה על פני קרום הפלזמה, החלל החוץ תאי לתא.

בנוסף לגלוקוזה, הוכח כי הוא יכול גם לגייס שישה סוכרי פחמן אחרים כמו גלקטוז, גלוקוזמין ומנוזה. בתורו, זה מאפשר קליטה ושינוע של ויטמין C לתאים שאינם מסוגלים לייצר אותו.

מבנה קריסטל של טרנספורטר הגלוקוז GLUT1. מאת A2-33, מ- Wikimedia Commons.

מכיוון שכל המולקולות המועברות על ידי GLUT1 מעורבות במסלולי ייצור האנרגיה בתא, הביטוי של טרנספורטר זה ממלא תפקיד מטבולי חשוב מאוד.

למעשה, מוטציות המשנות או מבטלות את הביטוי של GLUT1 תפקודי גורמות להופעתן של מחלות רבות הקשורות להתפתחות נוירולוגית איטית וצמיחה מוחית מוגבלת.

הובלת גלוקוז בתאים ומובילי GLUT1

גלוקוז הוא מקור הפחמן והאנרגיה המועדף על מרבית התאים המרכיבים את עץ החיים. מכיוון שהוא לא מספיק קטן והידרופובי לחצות את קרומי התא בעצמו, הובלתו לתא דורשת עזרה של חלבוני טרנספורטר.

הוצעו שני מנגנוני תובלה ספציפיים בתיווך טרנספורטר לסוכר זה. אחד מהם מגיב למערכת תובלה פסיבית (דיפוזיה מקלה) והשנייה למערכת תובלה פעילה.

הראשון אינו דורש ביצוע אנרגיה ומתרחש דרך שיפוע ריכוז, כלומר ממקום ריכוז גלוקוז גבוה לאחד בו הריכוז נמוך יותר.

הובלת גלוקוז פעילה מתבצעת על ידי הובלות אשר משיגות אנרגיה מהובלה משותפת של יון נתרן.

לעומת זאת, הדיפוזיה הקלה (הפסיבית) של הגלוקוז מתבצעת על ידי משפחה של הובלות מסוג שער הנקראת GLUT (עבור ראשי תיבות באנגלית של "Glucose Transporters"), משפחה שאליה שייך GLUT1. אלה קושרים גלוקוזה בחלק החיצוני של התא ומעבירים אותו לציטוזול. לפחות 5 מהם זוהו ונראה כי תפוצתם שונה ברקמות יונקים שונות.

תכונות GLUT1

מנגנון הובלה המועסק על ידי הובלת הגלוקוז GLUT1 מאת אמה דיטמר - יצירה משלה, CC BY-SA 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid = 64036780

GLUT1 הוא טרנספורטר גלוקוז של uniporter, כלומר מסוגל לבצע הובלת גלוקוזה בכיוון אחד בלבד, מחוץ לתא לציטוזול.

זה שייך ל superfamily (טרנספורמציה של דיפוזיה מקלה) המופצת באופן נרחב באורגניזמים רבים ושונים. זה גם משתתף בהובלת הטרנסממברנה של מספר רב של מולקולות אורגניות קטנות.

רצף הפפטידים של 492 חומצות אמינו שמור מאוד באורגניזמים השונים שבהם זוהתה, דבר שלא קשה להאמין בהתחשב בכך שהשימוש בגלוקוז לייצור אנרגיה מהווה את מרכז העץ המטבולי של החיים.

מבנה GLUT 1

GLUT1 הוא חלבון ממברנה רב-קרבית אינטגרלית המורכב מ 492 שאריות חומצות אמיניות. סוג זה של חלבון ממברנה אינטגרלית מאופיין בכך שהוא חוצה את דו שכבתי השומנים מספר פעמים.

המבנה הכימי התלת ממדי של חלבונים נקבע בדרך כלל באמצעות גבישי רנטגן, זה האחרון הוא טכניקה שנמצאת בשימוש נרחב על ידי ביוכימאים לשחזור מודל מבני באמצעות גבישים טהורים של החלבון הנלמד.

בחלבונים שמורים מאוד כמו GLUT1, קביעת מבנה החלבון של אורגניזם יחיד עשויה להספיק. מסיבה זו החוקרים קבעו עד כה את מבנה הגביש GLUT1 של מוטציה E3229.

כמו בכל שאר חברי המנחה העיקרית (MSF), מבנה ה- GLUT1 מיוצג על ידי 12 מסוקי טרנסמברנה.

בנוסף, ב- GLUT1 E3229, הקצוות הסופיים של האמינו והקרבוקסיל של הפפטיד הם פסאודו-סימטריים והם מכוונים לכיוון הציטוזול. סידור הקצוות הללו יוצר כיס או חלל הפתוחים בתא המהווים את אתר הכריכה לגלוקוזה.

שינוי במבנה GLUT1 קובע את הובלת הגלוקוזה לתא

מכיוון שהגלוקוז מועבר בדרך כלל מבחוץ לחלק הפנימי של התא, הממצא כי אתר הכריכה של סוכר זה מכוון לכיוון הציטוזול מייצר מעט בלבול.

עם זאת, בלבול זה מוצא פיתרון בתוצאות של מחקרים ביוכימיים המראים כי מתרחש שינוי בצורת החלבון, ומאפשר לחשוף את אתר קשירת הגלוקוז תחילה בצד אחד של הממברנה ואחר כך בצד השני.

זה לא אומר שהחלבון מסתובב דרך הממברנה, אלא שכריכת הסוכר מציגה את השינוי באופן שכמו שער, חושף את הגלוקוזה לפנים.

GLUT 1 תכונות

מכיוון ש- GLUT1 הוא טרנספורטר ביטוי מכונן, כלומר הוא מתבטא תמיד ברוב תאי היונקים, התפקידים שהוא מבצע חיוניים לתאים אלה. למעשה, זה בא לידי ביטוי כמעט בכל רקמות העובר דווקא מכיוון שנדרשת אספקת אנרגיה גבוהה במהלך שלבי ההתפתחות כדי להבטיח צמיחה.

עם זאת, ביטויו פוחת לאחר הלידה ברקמות מסוימות כמו הכבד, שם מוגבר כעת הביטוי של איזופורמות אחרות כמו GLUT4.

עבור אריתרוציטים יש חשיבות מהותית, שכן האחרונים תלויים אך ורק בגלוקוז לאנרגיה מכיוון שהם חסרים מיטוכונדריה. עם זאת, היא עדיין אחראית לספיגת הגלוקוז לתמיכה בנשימה בסוגי תאים אחרים.

מכיוון ש- GLUT1 מגיע לריכוז גבוה בתאי האנדותל כלי הדם של איברים ורקמות רבות, אחד מתפקידיו הוא לשאת גלוקוז מהדם.

הובלת hexoses אחרים כגון mannose, galactose ו glucosamine על ידי GLUT1 אינה מטילה ספק בקשר הישיר שלה עם חילוף החומרים האנרגטי, שכן ניתן לייצר ATP מכל ההקסוזות הללו.

יתר על כן, ספיגתו והובלתו של ויטמין C לתאים שאינם מסוגלים לסנתז אותו היו גם אחד התפקידים שדווחו עבור קולטן זה בכל מקום.

הפניות

1. Chen LY, Phelix CF. שערים חוץ תאיים של הובלת גלוקוז דרך GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019; 511 (3): 573-578.
2. קנינגהאם פ, נפתלין RJ. משמעויות של הובלה גלוקוזית רגישות לטמפרטורה סדירה באמצעות מוטאנט מחסור הגלוקוז-טרנספורטר (GLUT1DS) T295M עבור דגמי התובלה עם גישה חלופית לאתר קבוע. J Membr Biol. 2013; 246 (6): 495-511.
3. Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. מבנה קריסטל של טרנספורטר הגלוקוז האנושי GLUT1. טֶבַע. 2014; 510 (7503): 121-125.
4. דנג ד, יאן נ. התגבשות וקביעת מבנים של הובלי הגלוקוז האנושי GLUT1 ו- GLUT3. שיטות Mol Biol. 2018; 1713: 15-29.
5. פו X, Zhang G, Liu R, Wei J, Zhang-Negrerie D, Jian X, Gao Q. מחקר מכני של תעבורה גלוקוזית אנושית בתיווך GLUT1. דגם J Chem Inf. 2016; 56 (3): 517-526.
6. Mueckler M, Makepeace C. ניתוח קטע טרנסממברני 8 של טרנספורטר הגלוקוז GLUT1 על ידי מוטגנזה סריקת ציסטאין ונגישות ציסטאין תחליף. J Biol Chem. 2004; 279 (11): 10494-10499.
7. פיליפ ל. פרק 13 - הובלת ממברנה. ממברנות התאים (המהדורה השלישית). 2016, עמ '335-378.
8. סימונס ר 'העברת גלוקוז תאים וטיפול גלוקוז במהלך התפתחות העובר והיילוד. פיזיולוגיה עוברית וילודים (מהדורה חמישית). 2017; 1 עמ '428-435.