Транспорт глюкозы из крови в клетки
Потребление глюкозы клетками из кровотока происходит также путём облегчённой диффузии. Следовательно, скорость трансмембранного потока глюкозы зависит только от градиента её концентрации. Исключение составляют клетки мышц и жировой ткани, где облегчённая диффузия регулируется инсулином (гормон поджелудочной железы).
Рис. 16.12. Всасывание углеводов в кишечнике
В отсутствие инсулина плазматическая мембрана этих клеток непроницаема для глюкозы, т. к. она не содержит белков-переносчиков (транспортёров) глюкозы. Транспортёры глюкозы называют также рецепторами глюкозы. Например, описан транспортёр глюкозы, выделенный из эритроцитов. Это трансмембранный белок, полипептидная цепь которого построена из 492 аминокислотных остатков и имеет доменную структуру. Полярные домены белка расположены по разные стороны от мембраны, гидрофобные располагаются в мембране, пересекая её несколько раз. Транспортёр имеет участок связывания глюкозы на внешней стороне мембраны. После присоединения глюкозы конформация белка изменяется, в результате чего глюкоза оказывается связанной с белком в участке, обращённом внутрь клетки. Затем глюкоза отделяется от транспортёра, переходя внутрь клетки.
Считают, что способ облегчённой диффузии по сравнению с активным транспортом предотвращает транспорт ионов вместе с глюкозой, если она транспортируется по градиенту концентрации.
Глюкозные транспоpтёры (ГЛЮТ) обнаружены во всех тканях. Существует несколько их разновидностей (табл. 16.1). Они пронумерованы в соответствии с порядком обнаружения.
Таблица 16.1.
Распределение белков-транспортёров глюкозы (ГЛЮТ)
| Типы ГЛЮТ | Локализация в органах |
| ГЛЮТ-1 | Преимущественно в мозге, плаценте, почках, толстом кишечнике |
| ГЛЮТ-2 | Преимущественно в печени, почках, β-клетках островков Лангерганса, энтероцитах |
| ГЛЮТ-3 | Во многих тканях, включая мозг, плаценту, почки |
| ГЛЮТ-4 (инсулинзависимый) | В мышцах (скелетной, сердечной), жировой ткани Содержится в отсутствие инсулина почти полностью в цитоплазме |
| ГЛЮТ-5 | В тонком кишечнике. Возможно, является переносчиком фруктозы |
Структура белков семейства ГЛЮТ отличается от белков, транспортирующих глюкозу через мембрану в кишечнике и почках против градиента концентрации.
Описанные типы ГЛЮТ имеют сходные первичную структуру и доменную организацию.
ГЛЮТ-1 обеспечивает стабильный поток глюкозы в мозг;
ГЛЮТ-2 обнаружен в клетках органов, выделяющих глюкозу в кровь. Именно при его участии глюкоза переходит в кровь из энтероцитов и печени. Он участвует в транспорте глюкозы в β-клетки поджелудочной железы;
ГЛЮТ-3 обладает большим, чем ГЛЮТ-1, сродством к глюкозе. Также обеспечивает постоянный приток глюкозы к клеткам нервной и других тканей;
ГЛЮТ-4 – главный переносчик глюкозы в клетки мышц и жировой ткани;
ГЛЮТ-5 встречается главным образом в клетках тонкого кишечника. Его функции известны недостаточно.
Все типы ГЛЮТ могут находиться как в плазматической мембране, так и в цитозольных везикулах. ГЛЮТ-4 (и в меньшей мере ГЛЮТ-1) почти полностью находятся в цитоплазме клеток. Влияние инсулина на такие клетки приводит к перемещению везикул, содержащих ГЛЮТ, к плазматической мембране, слиянию с ней и встраиванию транспортёров в мембрану. После чего возможен облегчённый транспорт глюкозы в эти клетки. После снижения концентрации инсулина в крови транспортёры глюкозы снова перемещаются в цитоплазму и поступление глюкозы в клетку прекращается (рис. 16.13.
Из рис. 16.13 видно, что на первом этапе происходит связывание инсулина с рецептором; на втором участок инсулинового рецептора, обращённый внутрь клетки, стимулирует перемещение транспортёров глюкозы. На третьем и четвёртом транспортёры в составе содержащих их везикул перемещаются к плазматической мембране клетки, включаются в её состав и переносят глюкозу в клетку.
Рис. 16.13 Влияние инсулина на перемещение транспортёров глюкозы из цитоплазмы в плазматическую мембрану: 1 – 5 – этапы действия инсулина
Перемещение глюкозы из первичной мочи в клетки почечных канальцев происходит путём вторично-акгивного транспорта, подобно тому, как это осуществляется при всасывании глюкозы из просвета кишечника в энтероциты. Благодаря этому глюкоза может поступать в клетки даже в том случае, если её концентрация в первичной моче меньше, чем в клетках. При этом глюкоза реабсорбируется из первичной мочи почти полностью (99%).
Известны различные нарушения в работе транспортёров глюкозы. Наследственный дефект этих белков может лежать в основе инсулиннезависимого сахарного диабета. В то же время причиной нарушения работы транспортёра глюкозы может быть не только дефект самого белка. Нарушения функции ГЛЮТ-4 возможны на следующих этапах:
- передача сигнала инсулина о перемещении этого транспортёра к мембране;
- перемещение транспортёра в цитоплазме;
- включение в состав мембраны;
- отшнуровывание от мембраны и т.д.
ЛЕКЦИЯ 17