GLUT1: الخصائص والبنية والوظائف - مادة الاحياء - 2024

GLUT1 هو بروتين عبر الغشاء مسؤول عن تسهيل النقل السلبي للجلوكوز عبر غشاء البلازما ، من الفضاء خارج الخلية إلى الخلية.

بالإضافة إلى الجلوكوز ، فقد ثبت أنه يمكنه أيضًا تعبئة ستة سكريات كربون أخرى مثل الجالاكتوز والجلوكوزامين والمانوز. في المقابل ، يسمح بامتصاص ونقل فيتامين سي إلى الخلايا غير القادرة على إنتاجه.

هيكل بلوري لناقل الجلوكوز GLUT1. بواسطة A2-33 ، من ويكيميديا ​​كومنز.

نظرًا لأن جميع الجزيئات التي يتم نقلها بواسطة GLUT1 متورطة في مسارات توليد الطاقة في الخلية ، يلعب التعبير عن هذا الناقل دورًا هامًا للغاية في التمثيل الغذائي.

في الواقع ، تؤدي الطفرات التي تغير أو تلغي التعبير عن GLUT1 الوظيفي إلى ظهور العديد من الأمراض المرتبطة بالتطور العصبي البطيء ونمو الدماغ المحدود.

نقل الجلوكوز في الخلايا وناقلات GLUT1

الجلوكوز هو مصدر الكربون والطاقة المفضل لمعظم الخلايا التي تتكون منها شجرة الحياة. نظرًا لأنه ليس صغيرًا بما يكفي ولا يمكن للماء عبور أغشية الخلايا من تلقاء نفسه ، فإن نقله إلى الخلية يتطلب مساعدة البروتينات الناقلة.

تم اقتراح آليتين محددتين للنقل بوساطة الناقل لهذا السكر. واحد منهم يستجيب لنظام النقل السلبي (الانتشار الميسر) والثاني لنظام النقل النشط.

الأول لا يتطلب توفير الطاقة ويحدث من خلال تدرج تركيز ، أي من مكان تركيز جلوكوز مرتفع إلى مكان يكون فيه التركيز أقل.

يتم نقل الجلوكوز النشط بواسطة ناقلات تحصل على الطاقة من النقل المشترك لأيون الصوديوم.

في المقابل ، يتم تنفيذ الانتشار الميسر (السلبي) للجلوكوز من قبل عائلة من ناقلات من نوع البوابة تسمى GLUT (للاختصار في اللغة الإنجليزية من “Glucose Transporters”) ، وهي عائلة ينتمي إليها GLUT1. هذه تربط الجلوكوز على السطح الخارجي للخلية وتنقله إلى العصارة الخلوية. تم التعرف على ما لا يقل عن 5 منهم ويبدو أن توزيعهم مختلف في أنسجة الثدييات المختلفة.

ميزات GLUT1

آلية النقل المستخدمة بواسطة ناقل الجلوكوز GLUT1. بقلم إيما ديتمار - العمل الخاص ، CC BY-SA 4.0 ، https: //commons.wikimedia.org/w/index.php؟ Curid = 64036780

GLUT1 هو ناقل أحادي القارب للجلوكوز ، أي قادر على نقل الجلوكوز في اتجاه واحد فقط ، من خارج الخلية إلى العصارة الخلوية.

إنه ينتمي إلى عائلة ناقل الانتشار الميسر (MSF) ، والذي يتم توزيعه على نطاق واسع في العديد من الكائنات الحية المختلفة. كما أنه يشارك في نقل الغشاء لعدد كبير من الجزيئات العضوية الصغيرة.

يتم حفظ تسلسل الببتيد الخاص به المكون من 492 من الأحماض الأمينية بشكل كبير في الكائنات الحية المختلفة حيث تم تحديده ، وهو أمر ليس من الصعب تصديقه نظرًا لأن استخدام الجلوكوز لإنتاج الطاقة يشكل مركز شجرة التمثيل الغذائي للحياة.

هيكل GLUT 1

GLUT1 عبارة عن بروتين غشائي متعدد الكتلة يتكون من 492 بقايا من الأحماض الأمينية. يتميز هذا النوع من بروتين الغشاء المتكامل بعبور طبقة ثنائية الدهون عدة مرات.

يتم تحديد التركيب الكيميائي ثلاثي الأبعاد للبروتينات بشكل عام من خلال علم البلورات بالأشعة السينية ، وهذه الأخيرة هي تقنية مستخدمة على نطاق واسع من قبل علماء الكيمياء الحيوية لإعادة بناء نموذج هيكلي باستخدام بلورات نقية من البروتين المراد دراسته.

في البروتينات المحفوظة للغاية مثل GLUT1 ، قد يكون تحديد بنية البروتين لكائن حي واحد كافياً. ولهذا السبب حدد الباحثون حتى الآن التركيب البلوري GLUT1 للمتحول E3229.

كما هو الحال في جميع أعضاء العائلة الفائقة للميسرين الرئيسيين (MSF) ، يتم تمثيل هيكل GLUT1 بـ 12 حلزوني عابر للغشاء.

بالإضافة إلى ذلك ، في GLUT1 E3229 ، النهايات الطرفية الأمينية والكربوكسيلية للببتيد متماثلة الزائفة وموجهة نحو العصارة الخلوية. يؤدي ترتيب هذه الأطراف إلى إنشاء جيب أو تجويف مفتوح داخل الخلية ويشكل موقع ربط الجلوكوز.

يحدد التغيير في بنية GLUT1 نقل الجلوكوز إلى الخلية

نظرًا لأن الجلوكوز ينتقل عمومًا من الخارج إلى داخل الخلية ، فإن اكتشاف أن موقع الارتباط لهذا السكر موجه نحو العصارة الخلوية يولد بعض الارتباك.

ومع ذلك ، يجد هذا الالتباس حلاً في نتائج التحقيقات البيوكيميائية التي تشير إلى حدوث تغيير في شكل البروتين ، مما يسمح لكشف موقع ارتباط الجلوكوز أولاً على جانب واحد من الغشاء ثم على الجانب الآخر.

هذا لا يعني أن البروتين يدور عبر الغشاء ، ولكن ارتباط السكر يُدخل التغيير بطريقة ، مثل البوابة ، تعرض الجلوكوز إلى الداخل.

ميزات GLUT 1

نظرًا لأن GLUT1 هو ناقل للتعبير التأسيسي ، أي أنه يتم التعبير عنه دائمًا في معظم خلايا الثدييات ، فإن الوظائف التي يؤديها حيوية لهذه الخلايا. في الواقع ، يتم التعبير عنه في جميع أنسجة الجنين تقريبًا على وجه التحديد لأن هناك حاجة إلى إمداد كبير من الطاقة خلال مراحل النمو لضمان النمو.

ومع ذلك ، فإن تعبيره ينخفض ​​بعد الولادة في بعض الأنسجة مثل الكبد ، حيث يتم الآن زيادة التعبير عن الأشكال الإسوية الأخرى مثل GLUT4.

بالنسبة لكريات الدم الحمراء ، فهي ذات أهمية أساسية ، لأن الأخيرة تعتمد حصريًا على الجلوكوز للحصول على الطاقة لأنها تفتقر إلى الميتوكوندريا. ومع ذلك ، فإنه لا يزال مسؤولاً عن امتصاص الجلوكوز لدعم التنفس في أنواع الخلايا الأخرى.

نظرًا لأن GLUT1 يصل إلى تركيز عالٍ في الخلايا البطانية الوعائية للعديد من الأعضاء والأنسجة ، فإن إحدى وظائفه هي نقل الجلوكوز من الدم.

إن نقل المواد السداسية الأخرى مثل المانوز والجالاكتوز والجلوكوزامين بواسطة GLUT1 لا يشكك في علاقته المباشرة باستقلاب الطاقة ، حيث يمكن توليد ATP من كل هذه السداسيات.

علاوة على ذلك ، فإن امتصاص ونقل فيتامين C إلى خلايا غير قادرة على تصنيعه كان أيضًا أحد الوظائف التي تم الإبلاغ عنها لهذا المستقبل في كل مكان.

المراجع

1. Chen LY ، Phelix CF. بوابات نقل الجلوكوز خارج الخلية من خلال GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019 ؛ 511 (3): 573-578.
2. كننغهام ف ، نفتالين ريج. مضاعفات نقل الجلوكوز الشاذ الحساس لدرجة الحرارة عبر متحولة نقص ناقل الجلوكوز (GLUT1DS) T295M لنماذج الوصول البديل والنقل في الموقع الثابت. ي ميمبر بيول.2013 ؛ 246 (6): 495-511.
3. Deng D و Xu C و Sun P و Wu J و Yan C و Hu M و Yan N. هيكل بلوري لناقل الجلوكوز البشري GLUT1. طبيعة. 2014 ؛ 510 (7503): 121-125.
4. Deng D ، Yan N. التبلور والتحديد الهيكلي لناقلات الجلوكوز البشرية GLUT1 و GLUT3. طرق Mol Biol. 2018 ؛ 1713: 15-29.
5. Fu X ، Zhang G ، Liu R ، Wei J ، Zhang-Negrerie D ، Jian X ، Gao Q. دراسة آلية لنقل الجلوكوز البشري بوساطة GLUT1. نموذج J Chem Inf. 2016 ؛ 56 (3): 517-526.
6. Mueckler M ، Makepeace C. تحليل الجزء عبر الغشاء 8 من ناقل الجلوكوز GLUT1 عن طريق الطفرات التي تقوم بمسح السيستين وإمكانية الوصول إلى السيستين المستبدلة. J بيول كيم.2004 ؛ 279 (11): 10494-10499.
7. Philip L. الفصل 13 - النقل بالغشاء. أغشية الخلايا (الطبعة الثالثة). 2016 ، ص 335-378.
8. Simmons R. نقل الجلوكوز الخلوي ومعالجة الجلوكوز أثناء نمو الجنين وحديثي الولادة. فسيولوجيا الجنين وحديثي الولادة (الإصدار الخامس). 2017 ؛ 1 ص 428-435.