GLUT1: características, estructura, funciones
GLUT1 es una proteína transmembranal responsable de facilitar el transporte pasivo de glucosa a través de la membrana plasmática, desde el espacio extracelular al interior de la célula.
Además de la glucosa, se ha demostrado que también puede movilizar otros azúcares de seis átomos de carbono tales como galactosa, glucosamina y manosa. A su vez, permite la captación y el transporte de vitamina C hacía el interior de células incapaces de producirla.
Dado que todas las moléculas que son transportadas por GLUT1 se encuentran involucradas en las rutas de generación de energía por la célula, la expresión de este transportador juega un papel metabólico muy importante.
De hecho, mutaciones que alteren o anulen la expresión de un GLUT1 funcional traen como consecuencia la aparición de numerosas enfermedades asociadas con un desarrollo neurológico lento y crecimiento limitado del encéfalo.
Índice del artículo
- 1 Transporte de glucosa en las células y transportadores GLUT1
- 2 Características de GLUT1
- 3 Estructura de GLUT 1
- 4 Funciones de GLUT 1
- 5 Referencias
La glucosa es la fuente de carbono y energía preferida por la mayoría de las células que componen el árbol de la vida. Dado que no es lo suficientemente pequeña e hidrofóbica para atravesar por si sola las membranas celulares, su transporte al interior celular requiere de la ayuda de proteínas transportadoras.
Se han propuesto dos mecanismos de transporte mediados por transportadores específicos para este azúcar. Uno de ellos responde a un sistema de transporte pasivo (difusión facilitada) y el segundo a uno de transporte activo.
El primero no requiere energía para ser llevado a cabo y se da a través de un gradiente de concentración, es decir, de un lugar de alta concentración de glucosa hacia uno donde la concentración es menor.
El transporte activo de glucosa es llevado a cabo por transportadores que obtienen la energía del co-transporte de ión sodio.
En contraste, la difusión facilitada (pasiva) de glucosa es llevada a cabo por una familia de transportadores tipo compuerta denominados GLUT (por las siglas en inglés de “Glucose Transporters”), familia a la que pertenece GLUT1. Estos unen la glucosa en el exterior celular y la transportan al citosol. Al menos 5 de ellos han sido identificados y su distribución parece ser diferente en los distintos tejidos de mamíferos.
GLUT1 es un transportador de glucosa uniporte, es decir, capaz de realizar el transporte de glucosa en una sola dirección, desde el exterior de la célula al citosol.
Pertenece a la superfamilia de transportadores de difusión facilitada (MSF), la cual se encuentra ampliamente distribuida en muchos organismos diferentes. También participa en el transporte transmembranal de un gran número de pequeñas moléculas orgánicas.
Su secuencia peptídica de 492 aminoácidos se encuentra altamente conservada en los diferentes organismos en donde se ha logrado identificar, lo cual no resulta difícil de creer dado que la utilización de la glucosa para la obtención de energía constituye el centro del árbol metabólico de la vida.
GLUT1 es una proteína integral de membrana multipaso constituida por 492 residuos de aminoácidos. Este tipo de proteínas integrales de membrana se caracteriza por atravesar múltiples veces la bicapa lipídica.
La estructura química tridimensional de las proteínas es generalmente determinada a través de cristalografía de rayos X. Esta última es una técnica ampliamente usada por los bioquímicos para reconstruir un modelo estructural empleando cristales puros de la proteína que se desea estudiar.
En proteínas altamente conservadas como GLUT1, determinar la estructura de la proteína de un solo organismo puede resultar suficiente. Es por esta razón que hasta los momentos los investigadores han determinado la estructura cristal GLUT1 del mutante E3229.
Al igual que en todos los demás miembros de la superfamilia principal de facilitadores (MSF), la estructura de GLUT1 se encuentra representada por 12 hélices transmembranales.
Adicionalmente, en el GLUT1 E3229, los extremos amino y carboxilo terminal del péptido son pseudo-simétricos y se encuentran orientados hacia el citosol. La disposición de estos extremos genera un bolsillo o cavidad que se encuentra abierta en el interior celular y que constituye el sitio de unión para la glucosa.
Dado que la glucosa por lo general es transportada desde el exterior al interior celular, el hallazgo de que el sitio de unión para este azúcar se encuentra orientado hacia el citosol genera cierto desconcierto.
Sin embargo, esta confusión encuentra solución en los resultados arrojados por investigaciones bioquímicas que sugieren que ocurre un cambio en la forma de la proteína, permitiendo exponer el sitio de unión de glucosa primero en un lado de la membrana y luego en el otro.
Esto no quiere decir que la proteína rote a través de la membrana, sino que la unión del azúcar introduce el cambio de forma que, a modo de una compuerta, expone la glucosa al interior.
Dado que GLUT1 es un transportador de expresión constitutiva, es decir que se expresa siempre en la mayoría de las células de los mamíferos, las funciones que lleva a cabo son vitales para estas células. De hecho, se expresa en casi todos los tejidos del feto precisamente porque durante las fases de desarrollo se necesita un elevado suministro de energía para garantizar el crecimiento.
No obstante, su expresión se ve disminuida luego del nacimiento en algunos tejidos como el hígado, donde ahora se incrementa la expresión de otras isoformas como GLUT4.
Para los eritrocitos tiene una importancia fundamental, ya que estos últimos dependen exclusivamente de la glucosa para obtención de energía dado que carecen de mitocondrias. Sin embargo, no deja de ser el responsable de la captación de glucosa para sostener la respiración en el resto de tipos celulares.
Dado que GLUT1 alcanza una alta concentración en las células del endotelio vascular de muchos órganos y tejidos, una de sus funciones es llevar la glucosa desde la sangre.
El transporte de otras hexosas como manosa, galactosa y glucosamina por parte de GLUT1, no pone en duda su directa relación con el metabolismo energético, ya que a partir de todas estas hexosas se puede generar ATP.
Además, la captación y el transporte de vitamina C al interior de células incapaces de sintetizarla también ha sido una de las funciones reportadas para este receptor tan ubicuo.
- Chen LY, Phelix CF. Extracellular gating of glucose transport through GLUT 1. Biochem Biophys Res Commun. 2019; 511(3):573-578.
- Cunningham P, Naftalin RJ. mplications of aberrant temperature-sensitive glucose transport via the glucose transporter deficiency mutant (GLUT1DS) T295M for the alternate-access and fixed-site transport models. J Membr Biol. 2013; 246(6):495-511.
- Deng D, Xu C, Sun P, Wu J, Yan C, Hu M, Yan N. Crystal structure of the human glucose transporter GLUT1. Nature. 2014; 510(7503):121-125.
- Deng D, Yan N. Crystallization and Structural Determination of the Human Glucose Transporters GLUT1 and GLUT3. Methods Mol Biol. 2018; 1713:15-29.
- Fu X, Zhang G, Liu R, Wei J, Zhang-Negrerie D, Jian X, Gao Q. Mechanistic Study of Human Glucose Transport Mediated by GLUT1. J Chem Inf Model. 2016; 56(3):517-526.
- Mueckler M, Makepeace C. Analysis of transmembrane segment 8 of the GLUT1 glucose transporter by cysteine-scanning mutagenesis and substituted cysteine accessibility. J Biol Chem. 2004; 279(11):10494-10499.
- Philip L. Chapter 13 – Membrane Transport. The Membranes of Cells (Third Edition). 2016, pp 335-378.
- Simmons R. Cell Glucose Transport and Glucose Handling During Fetal and Neonatal Development. Fetal and Neonatal Physiology (Fifth Edition). 2017; 1 pp 428-435.