El papel de los monsacaridos

El papel de monosacáridos Proteínas de Transporte en la asimilación de hidratos de carbono, la distribución, el metabolismo y la homeostasis

Abstracto:

La difusión facilitada de la glucosa , galactosa , fructosa , urato , mioinositol y ácido dehidroascórbico en los mamíferos es catalizada por una familia de 14 proteínas de transporte de monosacáridos llamados GLUTs . Estos transportadores pueden ser divididos en 3 clases de acuerdo a la similitud de secuencia y especificidad de función / sustrato . GLUT1 parece estar altamente expresado en células de la glucólisis activos y ha sido cooptado en auxótrofos de vitamina C para mantener el estado redox de la sangre a través del transporte de dehidroascorbato . Varios GLUTs son definitivas transportadores de glucosa / galactosa , GLUT2 y GLUT5 son fisiológicamente importantes transportadores de fructosa , GLUT9 parece ser un transportador de urato mientras GLUT13 ( HMIT1 ) es un protón / mioinositol co-transportador . Los sustratos fisiológicos de algunos GLUTs quedan por ser establecidos . Los GLUTs se expresan de una manera específica de tejido donde la afinidad , la especificidad y la capacidad para el transporte de sustrato son de suma importancia para la función del tejido . Aunque los grandes avances se han hecho en la caracterización de transporte monosacárido GLUT catalizada y mapeo GLUT topografía de la membrana y los determinantes de la especificidad por el sustrato , un modelo unificador para la estructura y función de GLUT sigue siendo difícil de alcanzar. Los GLUTs juegan un papel importante en la homeostasis de carbohidratos y la redistribución de los carbonos derivados de azúcares entre los diversos sistemas de órganos . Esto se logra a través de una multiplicidad de sensores de glucosa y efectoras mecanismos GLUT - dependientes que regulan la ingestión monosacárido , la absorción , la distribución , el transporte y el metabolismo celular y la recuperación / retención. El transporte de glucosa y el metabolismo han coevolucionado en los mamíferos para apoyar la utilización de la glucosa cerebral .

INTRODUCCIÓN

Los transportadores de monosacáridos de mamíferos o proteínas de transporte ( glucosa GLUT ) pertenecen a una familia de proteínas integrales de membrana que cataliza la difusión facilitada (transporte por un gradiente de concentración) de hexosa y pentosa en y fuera de las células . Algunos GLUTs también median el transporte de dehidroascorbato , urato o mioinositol . Se desconocen los sustratos fisiológicos para algunos GLUTs .

Los GLUTs se expresan en casi todas las células de mamíferos , aunque la mayoría de las células normalmente expresan una isoforma de GLUT como la principal proteína de transporte de monosacárido y niveles más bajos de uno o más de los 13 restantes isoformas . GLUT1 ha sido descrito como un transportador de expresión ubicua . Esto puede ser cierto o puede ser una consecuencia de la vascularización del tejido debido a GLUT1 es altamente expresado en la vasculatura del músculo liso y células endoteliales .

La membrana celular es una barrera muy eficaz para el flujo transmembrana de monosacáridos en ausencia de proteínas específicas de transporte de azúcar . Por ejemplo , la inhibición del transporte de azúcar GLUT1 mediada en los glóbulos rojos humanos por el uso de inhibidores específicos reduce la glucosepermeability de las células rojas por 5 órdenes de magnitud ( 446 ) . Los GLUTs mejoran la permeabilidad de membrana a pentosa y hexosa monosacáridos que adoptan piranosa y furanosa silla conformaciones ( 446 ) . A diferencia de los transportadores de glucosa ( SGLT ) activos de la absorción y los epitelios de reabsorción ( 633 ) , los GLUTs no están acoplados a la co - transporte de Na + . El transporte de glucosa procede de GLUT - mediada a través de la difusión facilitada . Cuando azúcares están presentes tanto dentro como fuera de la célula , estos transportadores catalizan la absorción de azúcar unidireccional y la salida de azúcar unidireccional . La dirección de transporte neto de azúcar es siempre en la dirección del gradiente de azúcar ( 617 ) . Como consecuencia , la mayor concentración de azúcar citoplasmática que una célula puede alcanzar es el nivel de azúcar extracelular predominante . Incluso esto requiere la ausencia de metabolismo del azúcar intracelular .

Por tanto, los GLUTs proporcionan una vía para la importación de azúcar celular y exportación. En la mayoría de las células , la importación es la función más importante , ya que proporciona una fuente de combustible metabólico . En algunas células ( por ejemplo, hígado, riñón y tejidos gastrointestinales ) , la exportación de azúcares importados de contenido luminal o formados en el citoplasma por la gluconeogénesis es importante . En todavía otras células (por ejemplo, células endoteliales que forman las barreras de sangre de tejido) , transporte de azúcar trans - celular es de vital importancia para la entrega de combustible metabólico para el tejido protegido .

La importancia de la función de GLUT se ilustra en los estudios de animales transgénicos y mediante el análisis de mutaciones GLUT1 . GLUT1 nocauts homocigotos son embriones letal ( 607) . GLUT2 y GLUT4 agujeros ciegos no son letales , pero sin embargo se asocian con leves a graves perturbaciones de la homeostasis de hidratos de carbono que puede estar parcialmente compensados ​​por upregulated expresión de otras isoformas de GLUT ( 550 ) . Individuos síndrome GLUT1 afectados tienen haplo - insuficiencia de GLUT1because de missense , absurdo , sitio de empalme , inserción o deleción mutaciones en un gen GLUT1 ( 465 ) . Varias mutaciones GLUT1 se han observado en los seres humanos , donde el fenotipo puede variar de leve a grave perturbación del desarrollo y metabólica. El transportador resultante puede estar ausente , disfuncionales o haber comprometido el potencial de transporte . Estas observaciones, que vamos a ampliar en en secciones posteriores , apuntan a un papel central de las GLUTs en la homeostasis de carbohidratos del organismo . Los sustratos fisiológicos de los GLUTs se resuelven sólo parcialmente . GLUT1 , GLUT3 y GLUT4 son glucosa / galactosa y transportadores de ácidos deshidroascórbico , GLUT2 y transporte fructosa catalizan GLUT5 , GLUT9 parece ser un transportador de urato y GLUT13 ( HMIT1 ) es un protón / mioinositol co-transportador . Los sustratos preferidos de los GLUTs restantes quedan por ser establecidos .

Este capítulo examina nuestra comprensión actual de las proteínas de transporte de monosacáridos , su estructura , el mecanismo de transporte de monosacáridos, donde estas proteínas se expresan , cómo contribuyen directamente al metabolismo de la glucosa de los mamíferos, y cómo sus actividades y de expresión están regulados para coordinar la distribución , el consumo de y el metabolismo de monosacáridos . También consideramos que el papel desempeñado por estas proteínas en el transporte de otras moléculas pequeñas .

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