Механизм проникновения углеводов в клетку
Для того чтобы молекулы глюкозы могли пересечь клеточную мембрану и попасть из кровотока внутрь тканей, им требуются специальные белковые структуры. Этот биохимический процесс идет по механизму облегченной диффузии — он протекает при обязательном участии специфических белков-переносчиков, получивших название ГЛЮТ (глюкозные транспортеры).
На сегодняшний день установлено, что данные транспортные системы присутствуют абсолютно во всех тканях организма. Различные виды (изоформы) этих белков нумеруются строго в том порядке, в котором они были открыты исследователями. Главные отличия между изоформами заключаются в их тканевой специализации (локализации) и химическом сродстве к молекуле глюкозы. В зависимости от функционального состояния клетки, транспортеры могут быть встроены непосредственно в плазматическую мембрану или же находиться в неактивном состоянии внутри цитозольных везикул.
Классификация и локализация изоформ ГЛЮТ
Разные ткани нуждаются в углеводах в разном объеме, поэтому органы распределили между собой различные изоформы транспортных белков.
| Тип транспортера | Преимущественная локализация | Дополнительные ткани | Особенности функции |
|---|---|---|---|
| ГЛЮТ-1 | Плацента, головной мозг, почки, толстая кишка | Жировая ткань, мышцы | Обеспечивает базовый транспорт углеводов |
| ГЛЮТ-2 | Печень, $\beta$-клетки островков Лангерганса, энтероциты | - | Участвует в сенсорике уровня глюкозы в поджелудочной железе |
| ГЛЮТ-3 | Плацента, головной мозг, почки | Встречается во многих тканях | - |
| ГЛЮТ-4 | Скелетные мышцы, сердечная мышца, жировая ткань | - | Инсулинозависимый переносчик |
| ГЛЮТ-5 | Тонкая кишка | Почки, скелетные мышцы, жировая ткань, мозг | Основная функция — перенос фруктозы |
Инсулинозависимый транспорт (ГЛЮТ-4)
Особое место в биохимии углеводного обмена занимает транспорт глюкозы в инсулинозависимые ткани, к которым традиционно относят жировую ткань и мышцы (как скелетную, так и сердечную мускулатуру). Поступление питательных веществ в эти структуры жестко регулируется гормоном инсулином, а непосредственным исполнителем выступает транспортер ГЛЮТ-4.
Механизм этого процесса выглядит следующим образом:
- Состояние покоя. При низком уровне инсулина молекулы ГЛЮТ-4 почти полностью скрыты внутри клетки. Они локализуются в цитоплазме, будучи упакованными в специальные везикулы, и не захватывают глюкозу из крови.
- Секреция гормона. При повышении уровня глюкозы выделяется инсулин, который связывается со своими рецепторами на поверхности мышечных и жировых клеток.
- Активация рецептора. Инсулиновый рецептор относится к классу рецепторов с собственной тирозинкиназной активностью. Контакт с гормоном запускает эту активность, что инициирует внутриклеточный сигнал.
- Транслокация. Под действием сигнала происходит физическое перемещение (транслокация) везикул с ГЛЮТ-4 из цитозоля к плазматической мембране. Везикулы сливаются с оболочкой клетки, белки-переносчики встраиваются в нее, и начинается облегченный транспорт глюкозы внутрь.
- Окончание работы. Как только концентрация инсулина снижается, транспортеры отшнуровываются от мембраны и возвращаются обратно в цитозоль. Поступление глюкозы в клетку прекращается.
Для быстрого запоминания локализации ГЛЮТ-4 используйте ассоциацию: «Четверка — это четкие мышцы и жир» (скелетная мускулатура, миокард и жировая ткань являются главными инсулинозависимыми тканями).
Вопросы с занятий и экзамена
Каким образом глюкоза проникает из крови в клетки тканей?
Транспорт осуществляется путем облегченной диффузии. Для этого процесса требуются специальные белки-переносчики (ГЛЮТ), которые работают без прямых затрат клеточной энергии.
Какой из транспортеров не переносит глюкозу, а специализируется на других углеводах?
Это ГЛЮТ-5. Его основной функцией является перенос фруктозы, а локализуется он преимущественно в тонкой кишке.
Что происходит с ГЛЮТ-4 при снижении концентрации инсулина в крови?
При падении уровня гормона молекулы ГЛЮТ-4 совершают обратную транслокацию: они открепляются от плазматической мембраны, упаковываются в везикулы и возвращаются в цитозоль клетки.
Что ещё разобрать по теме
- Особенности сродства различных изоформ ГЛЮТ к молекуле глюкозы.
- Биохимический механизм работы инсулинового рецептора и его тирозинкиназная активность.
- Роль ГЛЮТ-2 в функционировании $\beta$-клеток островков Лангерганса.
- Внутриклеточный сигнальный каскад, запускающий транслокацию везикул с ГЛЮТ-4.
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Транспортеры глюкозы» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Обмен углеводов»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.