GLUT4 adalah protein pengangkut glukosa asam amino 509 yang memiliki afinitas tinggi terhadap gula ini. Itu milik superfamili utama fasilitator (MSF) yang ditandai dengan memiliki 12 heliks alfa transmembran. Seperti semua anggota keluarga ini, ia memediasi transportasi glukosa yang difasilitasi menuruni gradien konsentrasinya.
Lokasinya terbatas pada sel-sel yang sensitif terhadap stimulasi insulin, seperti adiposit dan miosit. Dalam pengertian ini, GLUT4 berperan dalam mekanisme utama penyerapan glukosa dalam kondisi hiperglikemia dalam darah.
GLUT4 adalah satu-satunya transporter Glukosa yang diatur oleh Insulin. Oleh Meiquer [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], dari Wikimedia Commons.
Sekitar 95% GLUT4 yang disintesis oleh sel tetap tinggal di sitosol dalam vesikel. Vesikel ini menyatu dengan membran plasma, memperlihatkan reseptor di dalamnya sebagai respons terhadap aktivasi eksositosis yang diperantarai insulin.
Latihan otot rangka juga mampu mendorong relokasi transporter ini dalam membran sel, mengingat permintaan energi yang tinggi yang dimiliki sel-sel ini dalam kondisi ini. Namun, sinyal yang merangsang sintesisnya selama aktivitas fisik yang berkepanjangan masih belum diketahui.
Indeks artikel
Karakteristik
Seperti transporter ekspresi konstitutif GLUT1, GLUT4 memiliki afinitas tinggi untuk glukosa, yang diterjemahkan menjadi kemampuan untuk mengikat glukosa bahkan ketika konsentrasi gula ini dalam darah mencapai nilai yang sangat rendah.
Berbeda dengan isoform yang bertanggung jawab untuk transpor glukosa dalam kondisi basal (GLUT1 dan GLUT3), pengangkut ini tidak diekspresikan dalam membran sel embrionik.
Sebaliknya, ia hanya diekspresikan dalam sel-sel jaringan dewasa, terutama di jaringan perifer yang kaya akan lemak coklat dengan konsentrasi tinggi seperti jantung, otot rangka, dan jaringan adiposa. Namun, itu juga telah terdeteksi di sel-sel kelenjar pituitari dan hipotalamus.
Dalam pengertian ini, penting untuk menyoroti bahwa distribusinya terbatas pada sel-sel yang sensitif terhadap variasi konsentrasi insulin terkait dengan fakta bahwa ia menghadirkan ekspresi yang diatur oleh hormon ini. Penelitian lain menunjukkan bahwa kontraksi otot juga mampu memberikan efek pengaturan pada ekspresi transporter ini.
Di sisi lain, studi lokasi subseluler telah menunjukkan bahwa GLUT2 memiliki lokasi ganda antara sitosol dan membran. Di kompartemen sitosol di mana persentase tertinggi berada, ia berada di berbagai kompartemen: di jaringan trans-golgi, endosom awal, vesikel tertutup atau tidak oleh klatrin, dan struktur sitoplasma tubulo-vesikular.
Struktur
Seperti semua anggota keluarga pengangkut glukosa yang terlibat dalam transpor pasif terfasilitasi dari heksosa ini (GLUT), GLUT4 adalah protein transmembran multipass -helix.
12 segmen transmembran dalam konfigurasi -helix melintasi membran plasma dan kompartemen subselular (vesikel) sel tempat GLUT 4 diekspresikan.
Heliks 3, 5, 7 dan 11 didistribusikan secara spasial untuk menimbulkan pembentukan saluran hidrofilik melalui mana transit monosakarida terjadi dari ruang ekstraseluler ke sitosol mendukung gradien konsentrasi.
Ujung terminal amino dan karboksil dari protein berorientasi ke arah sitoplasma, dalam konfigurasi konformasi yang menimbulkan pembentukan loop pusat yang besar.
Area yang dibatasi oleh kedua ujungnya mewakili wilayah protein yang penting secara fungsional karena terlibat baik dalam pengambilan dan pengikatan glukosa dan dalam respons terhadap pensinyalan insulin. Selain mengarahkannya dari kompartemen vesikular sitosol ke membran plasma di mana ia akan menjalankan fungsinya sebagai transporter.
Bagaimana transpor glukosa terjadi melalui GLUT4?
Seperti semua anggota keluarga transporter glukosa yang terlibat dalam transpor pasif terfasilitasi dari heksosa ini (GLUT), GLUT4 adalah protein transmembran multipass di -helix.
Sebuah deformasi struktur yang disebabkan oleh pengikatan gula memobilisasi situs pengikatan dari cetakan eksternal membran ke sitosol di mana ia dilepaskan. Setelah ini terjadi, transporter memperoleh konformasi awal lagi, sehingga mengekspos situs untuk glukosa di luar membran.
Fitur
Protein transporter glukosa tipe GLUT4 bertanggung jawab untuk melakukan mobilisasi glukosa dari media ekstraseluler ke sitosol, sebagai respons terhadap stimulus yang dihasilkan oleh peningkatan sekresi insulin dalam sel-sel jaringan yang sensitif terhadap hormon ini, seperti yang membentuk otot rangka dan jaringan adiposa.
Untuk lebih memahami hal ini, penting untuk diingat bahwa insulin adalah hormon yang dilepaskan oleh sel pankreas sebagai respons terhadap konsentrasi glukosa yang tinggi dalam darah, mengatur mekanisme fisiologis yang mendorong penyerapannya oleh sel serta sintesisnya. dari glikogen.
Mengingat sensitivitas GLUT4 terhadap hormon ini, ia bertindak sebagai protagonis dari mekanisme pengaturan utama penyerapan glukosa. Memainkan peran kunci dalam mobilisasi cepat glukosa dari darah ketika konsentrasi monosakarida mencapai nilai yang sangat tinggi. Yang terakhir ini penting untuk mempertahankan homeostasis sel.
Penyerapan glukosa yang cepat ini dimungkinkan karena afinitas tinggi yang dimiliki transporter ini terhadap gula ini. Dengan kata lain, ia mampu mendeteksi bahkan pada konsentrasi rendah, dengan cepat mengikat atau menangkapnya.
Di sisi lain, kemampuan untuk mendeteksi glukosa pada konsentrasi rendah menjelaskan pentingnya ekspresi GLUT4 di membran otot rangka selama latihan, suatu aktivitas yang membutuhkan energi tinggi.
Mobilisasi vesikel GLUT4 dari sitosol ke membran
Mekanisme mobilisasi vesikel yang mengandung GLUT4 ke membran. Oleh CNX OpenStax [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], dari Wikimedia Commons.
Dengan tidak adanya stimulasi insulin, sekitar 95% GLUT4 direkrut ke dalam sitoplasma dalam vesikel dari jaringan trans Golgi.
Ketika konsentrasi glukosa jauh melebihi nilai fisiologis, kaskade sinyal dipicu yang mengarah pada pelepasan insulin dari pankreas.
Insulin yang dilepaskan sekarang dapat mengikat reseptor insulin yang ada pada membran miosit dan adiposit, mengirimkan sinyal yang diperlukan untuk memicu aktivasi eksositosis. Yang terakhir menghasilkan fusi vesikel yang mengandung GLUT4 dengan membran plasma.
Fusi ini sementara meningkatkan konsentrasi transporter dalam membran sel-sel ini. Artinya, begitu kadar glukosa darah turun ke baseline, stimulus menghilang dan transporter didaur ulang oleh aktivasi endositosis.
Referensi
- Bryant NJ, Govers R, James DE. Transportasi yang diatur dari transporter glukosa GLUT4. Nat Rev Mol Sel Biol.2002; 3 (4): 267-277.
- Henriksen EJ. Tinjauan yang diundang: Efek latihan akut dan latihan olahraga pada resistensi insulin. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788-96.
- Huang S, Anggota Parlemen Ceko. Pengangkut glukosa GLUT4. Metab Sel. 2007; 5 (4): 237-252.
- Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Efek latihan pada ekspresi gen GLUT4 dan glikogenin pada otot rangka manusia. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
- Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Dasar molekuler dari perdagangan vesikel GLUT4 yang dirangsang insulin. Biol Kimia 1999; 274 (5): 2593-2596.
- Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. Reseptor Insulin dan Tindakan Insulin di Otak: Tinjauan dan Implikasi Klinis. Ulasan Neuroscience dan Biobehavioral. 2000; 855-872.
- Wood IS, Trayhurn P. Glucose transporter (GLUT dan SGLT): keluarga protein transpor gula yang diperluas. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3-9. Zhao FQ, Keating AF. Sifat fungsional dan genomik transporter glukosa. Genomik Curr. 2007; 8 (2): 113-28.
