GLUT4: מאפיינים, מבנה, פונקציות - ביולוגיה - 2025

GLUT4 הוא חלבון טרנספורטר גלוקוז של 509 חומצות אמיניות שיש לו זיקה גבוהה לסוכר זה. זה שייך לסופרפאמיליה העיקרית הגדולה של המנחים (MSF) המאופיינת בכך שיש 12 מסוקי אלפא טרנסמברנריים. כמו כל בני המשפחה, הוא מתווך את ההובלה הקלה של הגלוקוז במורד הריכוז שלו.

מיקומו מוגבל לתאים הרגישים לגירוי אינסולין, כמו אדיפוציטים ומיוציטים. במובן זה GLUT4 מככב במנגנון העיקרי של ספיגת הגלוקוז בתנאים של היפרגליקמיה בדם.

GLUT4 הוא טרנספורטר הגלוקוז היחיד המווסת על ידי אינסולין. מאת מייקר, מ- Wikimedia Commons.

כ- 95% מה- GLUT4 המסונתז על ידי התא נותרו בציטוזול בתוך שלפוחית. שלפוחיות אלו מתמזגות עם קרום הפלזמה וחושפות את הקולטן בתגובה להפעלה של אקסוציטוזה בתיווך אינסולין.

תרגיל שרירי שלד מסוגל גם לקדם את מעברו של טרנספורטר זה בקרום התא, נוכח הביקוש האנרגטי הגבוה שיש לתאים אלה בתנאים אלה. עם זאת, האותות שמעוררים את הסינתזה שלה במהלך פעילות גופנית ממושכת עדיין אינם ידועים.

מאפיינים

כמו טרנספורטר הביטוי המכונן GLUT1, ל- GLUT4 יש זיקה גבוהה לגלוקוזה, המתורגמת ליכולת לקשור גלוקוזה גם כאשר ריכוז הסוכר הזה בדם מגיע לערכים נמוכים מאוד.

בניגוד לאיזופורמות האחראיות להובלת גלוקוז בתנאים בסיסיים (GLUT1 ו- GLUT3) טרנספורטר זה אינו בא לידי ביטוי בקרום התא העוברי.

נהפוך הוא, זה מתבטא רק בתאים של רקמות בוגרות, בעיקר ברקמות היקפיות העשירות בריכוזים גבוהים של שומן חום כמו הלב, שריר השלד ורקמת השומן. עם זאת, הוא התגלה גם בתאים של בלוטת יותרת המוח וההיפותלמוס.

במובן זה, חשוב להדגיש כי תפוצתו מוגבלת לתאים הרגישים לשינויים בריכוזי האינסולין קשורה לעובדה שהיא מציגה ביטוי מוסדר על ידי הורמון זה. מחקרים אחרים הראו כי התכווצות שרירים מסוגלת גם היא להפעיל השפעה רגולטורית על הביטוי של טרנספורטר זה.

לעומת זאת, מחקרי מיקום תת-תאיים הראו של- GLUT2 יש מיקום כפול בין הציטוזול לקרום. בתא הציטוזולי בו נמצא האחוז הגבוה ביותר הוא שוכן בתאים שונים: ברשת הטרנס-גולגית, האנדוזום המוקדם, שלפוחית ​​המכוסה או לא על ידי קלתרין, ומבנים ציטופלסמיים טובולו-וסקולריים.

מִבְנֶה

כמו כל בני משפחת הובילי הגלוקוז המעורבים בהובלה פסיבית מקלה של משושה זה (GLUTs), GLUT4 הוא חלבון טרנס-ממברנה מרובה-סליל α.

12 קטעי טרנסמברנה בתצורת α-helix חוצים את ממברנות הפלזמה ותאים תת-תאים (שלפוחית) של תאים שבהם GLUT 4 בא לידי ביטוי.

המסוקים 3, 5, 7 ו -11 מופצים במרחב כדי להביא ליצירת תעלה הידרופילית דרכה מתרחש מעבר המונוסכריד מהחלל החוץ תאי לציטוזול לטובת שיפוע ריכוז.

הקצוות הסופניים של האמינו והקרבוקסיל של החלבון מכוונים לכיוון הציטופלזמה, בתצורה קונפורמטיבית התוצאה להיווצרות לולאה מרכזית גדולה.

האזור התוחם משני הקצוות מייצג אזור חשוב בתפקוד של החלבון שכן הוא מעורב הן בספיגת הגלוקוז והן בכבילה וגם בתגובה לאיתות האינסולין. בנוסף לכיוונו מתאי ציטוזולית ותאים לקרום הפלזמה שם היא תפעיל את תפקידה כטרנספורטר.

כיצד מתרחשת הובלת גלוקוז דרך GLUT4?

כמו כל בני משפחת הובילי הגלוקוז העוסקים בהובלה פסיבית מקלה של משושה זו (GLUTs), GLUT4 הוא חלבון טרנסממברני רב-מסיבי באל-סליל.

עיוות של המבנה הנגרם על ידי קשירת הסוכר מגייס את אתר הכריכה מהמתים החיצוניים של הממברנה לציטוזול בו הוא משתחרר. לאחר שהדבר התרחש, הטרנספורטר רוכש את הקונפורמציה הראשונית שלו שוב, ובכך חושף את האתר לגלוקוזה בחלק החיצוני של הממברנה.

מאפיינים

חלבון טרנספורטר הגלוקוזה מסוג GLUT4 אחראי על ביצוע גיוס הגלוקוז מהמדיום החוץ תאי לציטוזול, בתגובה לגירוי הנוצר כתוצאה מהפרשת האינסולין המוגברת בתאים של רקמות הרגישות להורמון זה, כמו אלה הם משלבים את שריר השלד ורקמת השומן.

כדי להבין זאת טוב יותר, חשוב לזכור כי האינסולין הוא הורמון שמשתחרר על ידי תאי ה- p של הלבלב בתגובה לריכוזים גבוהים של גלוקוז בדם, תוך כדי תנועה של מנגנונים פיזיולוגיים המקדמים את ספיגתו על ידי תאים וכן סינתזה של גליקוגן.

בהתחשב ברגישות של GLUT4 להורמון זה, הוא משמש כגיבור המנגנון הרגולטורי העיקרי של ספיגת הגלוקוז. משחק תפקיד מפתח בהתגייסות מהירה של גלוקוז מהדם כאשר ריכוזי המונוסכריד מגיעים לערכים גבוהים מאוד. האחרון חיוני לשמירה על הומאוסטזיס של התא.

ספיגה מהירה זו של גלוקוז מתאפשרת בגלל הזיקה הגבוהה שיש לטרנספורטר זה לסוכר זה. במילים אחרות, הוא מסוגל לגלות אותו אפילו בריכוזים נמוכים, לחייב אותו או לכבוש אותו במהירות.

מצד שני, היכולת לאתר גלוקוז בריכוזים נמוכים מסבירה את חשיבות הביטוי GLUT4 בקרומי שרירי השלד במהלך האימון, פעילות שיש לה ביקוש אנרגטי גבוה.

ניוד שלפוחית ​​GLUT4 מהציטוזול לקרום

מנגנון התגייסות של שלפוחיות הנושאות GLUT4 לקרום. מאת CNX OpenStax, מ- Wikimedia Commons.

בהיעדר גירוי אינסולין מגויסים כ- 95% מ- GLUT4 לציטופלסמה בתוך שלפוחית ​​מרשת הטרנס גולגי.

כאשר ריכוזי הגלוקוז חורגים בהרבה מהערך הפיזיולוגי, מופעלת מפל איתות המוביל לשחרור האינסולין מהלבלב.

האינסולין המשוחרר מסוגל כעת להיקשר לקולטן האינסולין הקיים על קרום המיוציטים והאדיפוציטים, תוך שהוא שולח את האותות הדרושים להפעלת האקסוציטוזה. זה האחרון מביא להתמזגות של שלפוחיות הנושאות GLUT4 עם קרום הפלזמה.

היתוך זה מגביר באופן זמני את ריכוז הטרנספורטר בקרום של תאים אלה. כלומר, ברגע שרמות הגלוקוז בדם יורדות לקו הבסיס, הגירוי נעלם והטרנספורטר ממוחזר על ידי הפעלת אנדוציטוזיס.

הפניות

1. בראיינט נ.ג'יי, Govers R, James DE. הובלה מוסדרת של טרנספורטר הגלוקוז GLUT4. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002; 3 (4): 267-277.
2. Henriksen EJ. ביקורת מוזמנת: השפעות של אימונים חריפים ואימוני התעמלות על עמידות לאינסולין. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788-96.
3. הואנג S, חבר פרלמנט צ'כי. טרנספורטר הגלוקוז GLUT4. מטאב סלולרי. 2007; 5 (4): 237-252.
4. Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. השפעות התרגיל על GLUT4 וביטוי גן גליקוגנין בשריר השלד האנושי. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
5. Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. בסיס מולקולרי של סחר שלפוחית ​​GLUT4 מעוררת אינסולין. Biol Chem. 1999; 274 (5): 2593-2596.
6. Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. קולטני אינסולין ופעולת אינסולין במוח: סקירה והשלכות קליניות. מדעי עצבים וביקורות התנהגותיות. 2000; 855-872.
7. Wood IS, טרייהורן טרנספורטר גלוקוז (GLUT ו- SGLT): משפחות מורחבות של חלבונים להובלת סוכר. בר ג'יי נוטר. 2003; 89 (1): 3-9. FQ Zhao, Keating AF. תכונות פונקציונליות וגנומיקה של מעבירי גלוקוז. גנום קור. 2007; 8 (2): 113-28.