Глюкозный транспортёр

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.

Sugar_tr
Идентификаторы
Символ	Sugar_tr
Pfam	PF00083
Pfam clan	CL0015
InterPro	IPR005828
PROSITE	PDOC00190
TCDB	2.A.1.1
OPM superfamily	15
OPM protein	4gc0
Доступные структуры белков
Pfam	структуры
PDB	RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum	3D-модель

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.

Синтез свободной глюкозы

Глюкоза

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.

Транспорт глюкозы у дрожжей

В клетках модельного организма Saccharomyces cerevisiae транспорт глюкозы происходит путём облегчённой диффузии^{[англ.][1]}. Большинство транспортных белков этого организма относятся к семейству Hxt, но есть и множество белков транспортёров из других семейств^[2].

Название	Характеристики	Описание
Snf3		высокое сродство к глюкозе; подавляется глюкозой; низкий уровень экспресси; подавляет синтез Hxt6
Rgt2		низкое сродство к глюкозе; низкий уровень экспресси
Hxt1	Km: 100 мM[3], 129 - 107 мM[1]	низкое сродство к глюкозе; синтез индуцируется высоким уровнем глюкозы
Hxt2	Km = 1.5[1] - 10 мM[3]	высокое/среднее сродство к глюкозе; синтез индуцируется низким уровнем глюкозы[3]
Hxt3	Vm = 18.5, Kd = 0.078, Km = 28.6/34.2[1] - 60 мM[3]	низкое сродство к глюкозе[3]
Hxt4	Vm = 12.0, Kd = 0.049, Km = 6.2[1]	среднее сродство к глюкозе[3]
Hxt5	Km = 10 мM[4]	Среднее сродство к глюкозе. Сильная экспрессия в фазе стационарного роста, при образовании спор и в условиях низкой концентрации глюкозы. Транскрипция подавляется глюкозой[4].
Hxt6	Vm = 11.4, Kd = 0.029, Km = 0.9/14[1], 1.5 mM[3]	высокое сродство к глюкозе[3]
Hxt7	Vm = 11.7, Kd = 0.039, Km = 1.3, 1.9,[1] 1.5 mM[3]	высокое сродство к глюкозе[3]
Hxt8		низкий уровень экспрессии[3]
Hxt9		участвует в множественной лекарственной устойчивости[3]
Hxt11		участвует в множественной лекарственной устойчивости[3]
Gal2	Vm = 17.5, Kd = 0.043, Km = 1.5, 1.6[1]	высокое сродство к галактозе[3]

Транспорт глюкозы у млекопитающих

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].

Типы

См. также: Углеводный_обмен § Глюкозные транспортёры

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].

Название	Распространение	Описание
GLUT1	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.
GLUT2	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.
GLUT3	В основном экспрессируется в нейронах (где, как полагают, он является главной изоформой глюкозного транспортёра) и плаценте.	Это изоформа с высоким сродством к глюкозе, что позволяет ей осуществлять транспорт при низких концентрациях глюкозы.
GLUT4	Обнаружен в жировой ткани, а также в скелетных мышцах и миокарде.	Этот транспортёр регулируется инсулином. Осуществляет инсулин-зависимое поглощение глюкозы.

Классы II/III

К классу II относятся:

• GLUT5 (SLC2A5), переносчик фруктозы
• GLUT7 - SLC2A7 - (SLC2A7), переносит глюкозу из эндоплазматического ретикулума^[14]
• GLUT9 - SLC2A9 - (SLC2A9)
• GLUT11 (SLC2A11)

К классу III относятся:

• GLUT6 (SLC2A6),
• GLUT8 (SLC2A8),
• GLUT10 (SLC2A10),
• GLUT12 (SLC2A12),
• H+/Мио-инозитол транспортёр HMIT (SLC2A13).^[15]

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].

См. также

• Углеводный обмен
• Транспортная функция белков

Литература

• Кожанова Т.В. ,Жилина С.С.,Мещерякова Т.И., Айвазян С.О., Осипова К.В., Сушко Л.М., Лукьянова Е.Г., Притыко А.Г. Синдром дефицита транспортера глюкозы I типа (болезнь де Виво): клинические и генетические аспекты // Медицинская генетика. — 2016. — № 7. — С. 28—32. — ISSN 2073-7998.