GLUT4: CARACTERÍSTIQUES, ESTRUCTURA, FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

GLUT4 és una proteïna transportadora de glucosa de 509 aminoàcids que presenta alta afinitat per aquest sucre. Pertany a la gran superfamília principal de facilitadors (MSF) caracteritzada per presentar 12 alfa hèlixs transmembranales. A l'igual que tots els membres d'aquesta família, mitja el transport facilitat de glucosa a favor del seu gradient de concentració.

La seva localització es restringeix a cèl·lules sensibles a l'estimulació per la insulina, com ara els adipòcits i miòcits. En aquest sentit, GLUT4 protagonitza el mecanisme primari d'absorció de glucosa sota condicions d'hiperglicèmia en sang.

GLUT4 és l'únic transportador de Glucosa regulat per insulina. By Meiquer, from Wikimedia Commons.

Aproximadament el 95% de GLUT4 sintetitzat per la cèl·lula roman resident al citosol a l'interior de vesícules. Aquestes vesícules es fusionen amb la membrana plasmàtica exposant-hi el receptor en resposta a l'activació de l'exocitosi intervinguda per insulina.

L'exercici de l'múscul esquelètic també és capaç de promoure la relocalització d'aquest transportador a la membrana cel·lular, donada l'alta demanda d'energia que tenen aquestes cèl·lules sota aquestes condicions. No obstant això, encara es desconeixen els senyals que estimulen la seva síntesi durant la realització de l'activitat física perllongada.

Característiques

A l'igual que el transportador d'expressió constitutiva GLUT1, GLUT4 presenta alta afinitat per la glucosa, el que es tradueix en una capacitat per unir glucosa tot i que la concentració d'aquest sucre a la sang aconsegueix valors molt baixos.

En contrast amb les isoformes encarregades de l'transport de glucosa en condicions basals (GLUT1 i glut3) aquest transportador no és expressat en la membrana de cèl·lules embrionàries.

Per contra, és expressat només en cèl·lules de teixits adults, principalment en els teixits perifèrics rics en altes concentracions de greix marró com el cor, el múscul esquelètic i el teixit adipós. No obstant això, també ha estat detectat en les cèl·lules de la glàndula pituïtària i l'hipotàlem.

En aquest sentit, resulta important destacar que la seva distribució restringida a cèl·lules sensibles a variacions en les concentracions d'insulina, té relació amb el fet de presentar expressió regulada per aquesta hormona. Altres investigacions han demostrat que la contracció muscular també és capaç d'exercir un efecte regulador en l'expressió d'aquest transportador.

D'altra banda, estudis d'ubicació subcel·lular han demostrat que glut2 presenta una localització dual entre el citosol i la membrana. En el compartiment citosòlic on es troba localitzat el major percentatge, resideix en diversos compartiments: a la xarxa trans-golgi, l'endosoma primerenc, vesícules recobertes o no per clatrina i estructures citoplasmàtiques túbul-vesiculars.

estructura

A l'igual que tots els membres de la família de transportadors de glucosa involucrats en el transport passiu facilitat d'aquesta hexosa (Gluts), GLUT4 és una proteïna transmembranal multipaso en α-hèlix.

12 segments transmembranales en configuració α-hèlix travessen les membranes plasmàtiques i de compartiments subcel·lulars (vesícules) de les cèl·lules on s'expressa GLUT 4.

Les hèlixs 3, 5, 7 i 11 es distribueixen espacialment per donar lloc a la formació d'un canal hidrofílic a través del qual passa el trànsit de l'monosacàrid des de l'espai extracel·lular a l'citosol a favor d'un gradient de concentració.

Els extrems amino i carboxil terminal de la proteïna es troben orientats cap al citoplasma, en una configuració conformacional que dóna lloc a la formació d'una gran nansa central.

L'àrea delimitada pels dos extrems representa una regió funcionalment important de la proteïna ja que es troba involucrada tant en la captació i unió de glucosa com en la resposta a la senyalització d'insulina. A més de la seva adreçament des dels compartiments vesiculars citosólicos fins a la membrana plasmàtica on exercirà la seva funció com a transportador.

¿Com passa el transport de glucosa a través de GLUT4?

Like all members of the family of glucose Transporters involved in the facilitated passive transport of this hexose (Gluts), GLUT4 is a MULTIPASS transmembrane protein in α-helix.

Una deformació de l'estructura induïda per la unió de l'sucre mobilitza el lloc d'unió des del donat extern de la membrana a l'citosol on és alliberada. Un cop passat això el transportador adquireix de nou el seu conformació inicial, exposant així el lloc a la glucosa a la cara externa de la membrana.

funcions

La proteïna transportadora de glucosa de tipus GLUT4 és la responsable de dur a terme la mobilització de glucosa des del medi extracel·lular a l'citosol, en resposta a l'estímul generat per la secreció potenciada d'insulina en cèl·lules de teixits sensibles a aquesta hormona, com ara les que integren el múscul esquelètic i el teixit adipós.

Per entendre millor això, resulta important recordar que la insulina és una hormona alliberada per les cèl·lules β de l'pàncrees en resposta a altes concentracions de glucosa en sang, posant en marxa mecanismes fisiològics que promouen la seva absorció per les cèl·lules així com la síntesi de glucogen.

Donada la sensibilitat de GLUT4 a aquesta hormona, actua com a protagonista de l'mecanisme regulador primari d'absorció de glucosa. Jugant un paper clau en la ràpida mobilització de la glucosa de la sang quan les concentracions de l'monosacàrid arriben a valors molt elevats. Això últim és indispensable per mantenir l'homeòstasi cel·lular.

Aquesta ràpida absorció de glucosa es fa possible donada a l'alta afinitat que té aquest transportador per aquest sucre. És a dir que és capaç de detectar fins i tot a baixes concentracions, unint o capturant ràpidament.

D'altra banda, la capacitat de detectar glucosa a baixes concentracions explica la importància de l'expressió de GLUT4 en les membranes de l'múscul esquelètic durant la realització d'exercici, activitat que té una alta demanda energètica.

Mobilització de vesícules de GLUT4 des del citosol a la membrana

Mecanisme de mobilització de vesícules portadores de GLUT4 a la membrana. By CNX OpenStax, from Wikimedia Commons.

En absència d'estimulació per insulina, prop de l'95% de GLUT4 es troba reclutat al citoplasma a l'interior de vesícules provinents de la xarxa trans Golgi.

Quan les concentracions de glucosa superen per molt a la valor fisiològic, es dispara una cascada de senyalització que dóna lloc a l'alliberament d'insulina pel pàncrees.

La insulina alliberada és ara capaç d'unir-se a el receptor d'insulina present en la membrana de miòcits i adipòcits, enviant els senyals necessaris per desencadenar l'activació de la exocitosi. Això últim, porta com a conseqüència la fusió de les vesícules portadores de GLUT4 amb la membrana plasmàtica.

Aquesta fusió incrementa la concentració de l'transportador a la membrana d'aquestes cèl·lules de manera transitòria. És a dir, una vegada que els nivells de glucosa en sang baixen fins a assolir el valor basal, l'estímul desapareix i el transportador és reciclat per activació de l'endocitosi.

referències

1. Bryant NJ, Govers R, James D'. Regulated transport of the glucose transporter GLUT4. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002; 3 (4): 267-277.
2. Henriksen EX. Invited review: Effects of acute exercise and exercise training on insulinresistance. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788-96.
3. Huang S, Czech MP. The GLUT4 glucose transporter. Cell metab. 2007; 5 (4): 237-252.
4. Kraniou I, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M. Effects of exercise on GLUT4 and glycogenin gene expression in human skeletal muscle. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
5. Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Molecular basis of insulin-stimulated GLUT4 vesicle trafficking. Biol Chem. 1999; 274 (5): 2593-2596.
6. Schulingkamp RJ, Pagà TC, Hung D, Raffa renda bàsica. Insulin Receptors and Insulin Action in The Brain: Review and Clinical Implications. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 2000; 855-872.
7. Wood IS, Trayhurn P. Glucose transporter (GLUT and SGLT): expanded families of sugar transport proteins. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3-9.Zhao FQ, Keating AF. Functional properties and genomics of glucose Transporters. Curr Genomics. 2007; 8 (2): 113-28.