Трансмембранный транспорт глюкозы.
Облегчённая диффузия глюкозы и других малых гидрофильных молекул через мембрану обеспечив ается белками-у нипортёрами.
Один из наиболее изученных унипортов это белок-транспортёр глюкозы GLUTE Белки GLUT1 были выделены из мембран эритроцитов.
Большинство клеток млекопитающих используют белки GLUT1 для доставки в цитозоль растворённой в крови глюкозы, экспрессируя соответствующий ген GLUT1.Как и другие унипортёры, GLUT1 может принимать два конформационных состояния: в одном состоянии центр связывания глюкозы экспонирован наружу с экзоплазматической стороны мембраны, во втором состоянии центр связывания глюкозы экспонирован внутрь клетки с цитозольной стороны мембраны. Е1а рисунке 55 представлен цикл работы такого глюкозного унипорта. Унипорт GLUT1 может также осуществлять транспорт глюкозы из цитозоля, если концентрация глюкозы в цитозоле выше, чем во внеклеточном пространстве.
В геноме человека обнаружено двенадцать генов, кодирующих гомологичные унипорты GLUT1- GLUT12, трансмембранные домены которых чрезвычайно подобны, и все они сформированы подобным образом из двенадцати трансмембранных а-спиралей, состоящих преимущественно из гидрофобных аминокислот. Однако некоторые а-спирали содержат в своём составе серин, аспарагин, треонин и глутамин, которые, участвуя в формировании водородных связей с гидроксильными группами глюкозы, формируют центры связывания глюкозы в унипортах.
Рисунок 55 - Цикл работы унипорта-транспортёра глюкозы. Треугольником обозначен градиент концентрации глюкозы
Гены глюкозных унипортов экспрессируются в различных клетках различных тканей, и синтезированные унипорты отличаются эффективностью трансмембранного переноса глюкозы.
Так, например, GLUT2 экспрессируется в клетках печени (гепатоцитах) и в секретирующих инсулин Р-клетках поджелудочной железы, и эффективность переноса глюкозы унипортом GLUT2 в два раза выше, чем унипортом GLUT1 (который работает в мембранах эритроцитов).
В гепатоцитах эта "избыточная" глюкоза преобразуется в гликоген, а в Р-клетках избыток глюкозы запускает механизм секреции в кровь гормона инсулина, который ещё более снижает концентрацию глюкозы в крови, стимулируя механизмы транспорта глюкозы в цитозоль клеток мускулатуры и ингибируя синтез глюкозы в печени.Другая изоформа глюкозного унипорта - белок GLUT4 экспрессируется только в клетках жировой ткани и в мышечных клетках, а унипорт GLUT5 переносит фруктозу вместо глюкозы.
Функционирование транспортных белков возможно исследовать только в составе мембраны. Большинство клеточных мембран содержат слишком много различных интегральных белков, чтобы можно было изучать работу только одного из них. Для исследования белков-транспортёров используют два метода.
1. Методами генной инженерии значительно повышают уровень экспрессии данного белка-транспортёра и затем сравнивают скорость трансмембранного переноса соответствующего метаболита в исходной и в генетически модифицированной системах.
2. Экстрагируют и очищают исследуемый белок, а затем интегрируют его в чистый липидный бислой, например, в мембрану липосомы (рисунок 56).
Рисунок 56 - Перенос транспортного белка GLUT1 из биомембраны в липосому
6.5.