GLUT4: KARAKTERISTIK, STRUKTUR, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

GLUT4 adalah protein transporter glukosa asam amino 509 yang memiliki afinitas tinggi untuk gula ini. Itu termasuk dalam superfamili utama fasilitator (MSF) yang ditandai dengan memiliki 12 heliks alfa transmembran. Seperti semua anggota keluarga ini, ia memediasi transpor glukosa yang difasilitasi ke bawah 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, dari Wikimedia Commons.

Sekitar 95% GLUT4 yang disintesis oleh sel tetap tinggal di sitosol di dalam vesikel. Vesikel ini menyatu dengan membran plasma, memperlihatkan reseptor di dalamnya sebagai respons terhadap aktivasi eksositosis yang dimediasi insulin.

Latihan otot rangka juga mampu mendorong relokasi transporter ini ke dalam membran sel, mengingat kebutuhan energi yang tinggi yang dimiliki sel-sel ini dalam kondisi ini. Namun, sinyal yang merangsang sintesisnya selama aktivitas fisik yang berkepanjangan masih belum diketahui.

karakteristik

Seperti pengangkut ekspresi konstitutif GLUT1, GLUT4 memiliki afinitas yang tinggi terhadap 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 pengangkutan glukosa dalam kondisi basal (GLUT1 dan GLUT3) transporter ini tidak diekspresikan dalam membran sel embrionik.

Sebaliknya, itu hanya diekspresikan dalam sel-sel jaringan orang 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 disoroti bahwa distribusinya yang terbatas pada sel-sel yang sensitif terhadap variasi konsentrasi insulin terkait dengan fakta bahwa ia menyajikan ekspresi yang diatur oleh hormon ini. Penelitian lain menunjukkan bahwa kontraksi otot juga mampu memberikan efek regulasi pada ekspresi transporter ini.

Di sisi lain, studi lokasi subseluler menunjukkan bahwa GLUT2 memiliki lokasi ganda antara sitosol dan membran. Dalam kompartemen sitosol di mana persentase tertinggi berada, ia berada di berbagai kompartemen: di jaringan trans-golgi, endosom awal, vesikel tertutup atau tidak oleh klathrin, dan struktur sitoplasma tubulo-vesikuler.

Struktur

Seperti semua anggota keluarga transporter glukosa yang terlibat dalam transpor pasif yang difasilitasi dari heksosa (GLUT) ini, GLUT4 adalah protein transmembran multipass α-helix.

12 segmen transmembran dalam konfigurasi α-heliks melintasi membran plasma dan kompartemen subseluler (vesikel) sel tempat GLUT 4 diekspresikan.

Heliks 3, 5, 7 dan 11 didistribusikan secara spasial untuk menghasilkan pembentukan saluran hidrofilik yang melaluinya transit monosakarida terjadi dari ruang ekstraseluler ke sitosol yang mendukung gradien konsentrasi.

Ujung terminal amino dan karboksil dari protein berorientasi pada sitoplasma, dalam konfigurasi konformasi yang menghasilkan pembentukan loop pusat yang besar.

Daerah yang dibatasi oleh kedua ujungnya merupakan daerah fungsional penting dari protein karena terlibat baik dalam pengambilan dan pengikatan glukosa dan sebagai respons terhadap pensinyalan insulin. Selain itu pengarahannya dari kompartemen vesikuler sitosol menuju membran plasma dimana akan menjalankan fungsinya sebagai transporter.

Bagaimana transpor glukosa terjadi melalui GLUT4?

Seperti semua anggota keluarga transporter glukosa yang terlibat dalam transpor pasif yang difasilitasi dari heksosa (GLUT) ini, GLUT4 adalah protein transmembran multipass dalam α-helix.

Deformasi struktur yang disebabkan oleh pengikatan gula memobilisasi situs pengikatan dari cetakan luar membran ke sitosol di mana ia dilepaskan. Setelah ini terjadi, transporter memperoleh konformasi awal lagi, sehingga mengekspos situs ke glukosa di luar membran.

fitur

Protein transporter glukosa jenis GLUT4 bertanggung jawab untuk melakukan mobilisasi glukosa dari media ekstraseluler ke sitosol, sebagai respons terhadap rangsangan yang dihasilkan oleh peningkatan sekresi insulin dalam sel jaringan yang sensitif terhadap hormon ini, seperti yang mereka mengintegrasikan otot rangka dan jaringan adiposa.

Untuk lebih memahami hal ini, penting untuk diingat bahwa insulin adalah hormon yang dilepaskan oleh sel β pankreas sebagai respons terhadap konsentrasi glukosa yang tinggi dalam darah, yang mengatur mekanisme fisiologis gerak yang mendorong penyerapannya oleh sel serta sintesis 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 untuk gula ini. Dengan kata lain, ia mampu mendeteksinya bahkan pada konsentrasi rendah, dengan cepat mengikat atau menangkapnya.

Di sisi lain, kemampuan mendeteksi glukosa pada konsentrasi rendah menjelaskan pentingnya ekspresi GLUT4 pada membran otot rangka saat berolahraga, aktivitas yang memiliki kebutuhan energi tinggi.

Mobilisasi vesikula GLUT4 dari sitosol ke membran

Mekanisme mobilisasi vesikula bantalan GLUT4 ke membran. Oleh CNX OpenStax, dari Wikimedia Commons.

Dengan tidak adanya stimulasi insulin, sekitar 95% GLUT4 direkrut ke dalam sitoplasma di dalam vesikel dari jaringan Golgi trans.

Ketika konsentrasi glukosa jauh melebihi nilai fisiologis, kaskade pensinyalan 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. Hasil terakhir dalam fusi vesikel bantalan GLUT4 dengan membran plasma.

Fusi ini secara sementara meningkatkan konsentrasi transporter di dalam membran sel-sel ini. Artinya, begitu kadar glukosa darah turun ke baseline, stimulus menghilang dan transporter didaur ulang melalui aktivasi endositosis.

Referensi

1. Bryant NJ, Govers R, James DE. Pengangkutan yang diatur dari GLUT4 transporter glukosa. Nat Rev Mol Sel Berbagai.2002; 3 (4): 267-277.
2. Henriksen EJ. Ulasan yang diundang: Efek latihan akut dan latihan olahraga pada resistensi insulin. J Appl Physiol (1985). 2002; 93 (2): 788-96.
3. Huang S, Anggota Parlemen Ceko. Pengangkut glukosa GLUT4. Metab Sel. 2007; 5 (4): 237-252.
4. Kraniou Y, Cameron-Smith D, Misso M, Collier G, Hargreaves M.Efek latihan pada GLUT4 dan ekspresi gen glikogenin di otot rangka manusia. J Appl Physiol (1985). 2000; 88 (2): 794-6.
5. Pessin JE, Thurmond DC, Elmendorf JS, Coker KJ, Okada S. Dasar molekuler dari perdagangan vesikel GLUT4 yang distimulasi insulin. Biol Chem. 1999; 274 (5): 2593-2596.
6. Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB. Reseptor Insulin dan Tindakan Insulin di Otak: Ulasan dan Implikasi Klinis. Ulasan Neuroscience dan Biobehavioral. 2000; 855-872.
7. Wood IS, Trayhurn P. Glukosa transporter (GLUT dan SGLT): keluarga yang diperluas dari protein pengangkut gula. Br J Nutr. 2003; 89 (1): 3-9. Zhao FQ, Keating AF. Sifat fungsional dan genomik transporter glukosa. Curr Genomics. 2007; 8 (2): 113-28.