¿Qué son los GLUT?
Los GLUT son una serie de transportadores de tipo compuerta, encargados de llevar a cabo el transporte pasivo de glucosa hacia el citosol de una amplia variedad de células de mamíferos.
Sin embargo, la mayoría de los GLUT que han sido identificados hasta la fecha, no son específicos para glucosa. Por el contrario, son capaces de transportar diferentes azúcares, como manosa, galactosa, fructosa y glucosamina, así como otro tipo de moléculas como uratos y manoinositol.
Al menos 14 GLUT han sido identificados hasta la fecha. Todos ellos presentan características estructurales comunes y difieren tanto en la distribución tisular como en el tipo de molécula que transporta. Por lo que cada tipo parece estar adaptado a condiciones fisiológicas distintas en donde cumplir un rol metabólico particular.
Movilización de la glucosa al interior de las células
La mayoría de las células vivas dependen de la oxidación parcial o total de la glucosa para obtener la energía necesaria para realizar sus procesos vitales.
El ingreso de esta molécula al citosol de la célula, lugar donde es metabolizada, depende de la ayuda de proteínas transportadoras, ya que es lo suficientemente grande y polar como para atravesar por sí sola la bicapa lipídica.
En células eucariotas, se han identificado dos grandes tipos de transportadores implicados en la movilización de este azúcar: los cotransportadores Na+/glucosa (SGLT) y los uniportadores GLUT.
Los primeros utilizan un mecanismo de transporte activo secundario, en donde el cotransporte de Na+ aporta la energía motriz para llevar a cabo el proceso. Mientras que los últimos realizan un movimiento pasivo facilitado, un mecanismo que no requiere de energía y se da a favor del gradiente de concentración del azúcar.
Transportadores GLUT
Los transportadores GLUT, por las siglas en inglés de Glucose Transporters, son un grupo de transportadores de tipo compuerta encargados de llevar a cabo el transporte pasivo de glucosa desde el medio extracelular hasta el citosol.
Pertenecen a la gran superfamilia de transportadores de difusión facilitada (MSF), integrada por un gran número de transportadores encargados de llevar a cabo el transporte transmembranal de una amplia variedad de pequeñas moléculas orgánicas.
Aunque su nombre parezca indicar que solo transportan glucosa, estos transportadores presentan especificidades variables para diferentes monosacáridos de seis átomos de carbono. Por lo que, más que transportadores de glucosa, son transportadores de hexosas.
Hasta la fecha, al menos 14 GLUT han sido identificados y su localización parece ser tejido específico en mamíferos. Es decir, que cada isoforma se encuentra expresada en tejidos muy particulares.
En cada uno de estos tejidos, las características cinéticas de estos transportadores varían notablemente. Esto último parece indicar que cada uno de ellos está diseñado para responder a necesidades metabólicas diferentes.
Estructura de los GLUT
Los 14 GLUT que han logrado identificarse hasta la fecha presentan una serie de características estructurales comunes.
Todos ellos son proteínas integrales de membrana multipaso, es decir, atraviesan múltiples veces la bicapa lipídica a través de segmentos transmembrana ricos en aminoácidos hidrofóbicos.
La secuencia peptídica de estos transportadores varía entre 490-500 residuos de aminoácidos y su estructura química tridimensional resulta similar a la reportada para todos los demás miembros de la superfamilia principal de facilitadores (MSF).
Esta estructura se caracteriza por presentar 12 segmentos transmembranales en configuración α-hélice y un dominio extracelular altamente glicosilado que, dependiendo del tipo de GLUT, puede estar localizado en el tercer o quinto bucle formado.
Adicionalmente, los extremos amino y carboxilo terminal de la proteína se encuentran orientados hacia el citosol y presentan cierto grado de pseudosimetría. La forma en la que se disponen espacialmente estos extremos da origen a una cavidad abierta que constituye el sitio de unión para la glucosa o para cualquier otro monosacárido a ser transportado.
En este sentido, la formación del poro a través del cual transita el azúcar aguas abajo del sitio de unión se define por un arreglo central de las hélices 3, 5, 7 y 11. Todas presentan en una de sus caras una alta densidad de residuos polares que facilitan la formación del ambiente hidrofílico interno del poro.
Clasificación de los GLUT
Los GLUT se han clasificado en tres grandes clases basándose en el grado de similitud de la secuencia peptídica, así como a la posición del dominio glicosilado.
Los GLUT pertenecientes a las clases I y II limitan el dominio altamente glicosilado al primer bucle extracelular localizado entre los dos primeros segmentos transmembranales. Mientras que en los de la Clase III queda restringido al noveno bucle.
En cada una de estas clases, los porcentajes de homología entre las secuencias peptídicas varía entre 14 y 63% en regiones menos conservadas, y entre 30 y 79% en regiones altamente conservadas.
La clase I se encuentra integrada por los transportadores GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4 y GLUT14. La clase II por los GLUT5, 7, 9 y 11. Y la clase III por los GLUT6, 8, 10 y 12 y 13.
Es importante mencionar que cada uno de estos transportadores tiene localizaciones, características cinéticas, especificidades de sustrato y funciones diferentes.
Principales GLUT y funciones
- GLUT1. Se expresa principalmente en eritrocitos, células de cerebro, placenta y riñón. Aunque su función principal es la de proveer a estas células de los niveles de glucosa necesarios para soportar la respiración celular, es responsable de transportar otros carbohidratos como galactosa, manosa y glucosamina.
- GLUT2. Aunque es altamente específico para glucosa, GLUT2 presenta una afinidad mayor por la glucosamina. Sin embargo, también es capaz de transportar fructosa, galactosa y manosa al citosol de células hepáticas, pancreáticas y renales del epitelio del intestino delgado.
- GLUT3. Aunque presenta alta afinidad por la glucosa, GLUT3 también une y transporta con menor afinidad galactosa, manosa, maltosa, xilosa y ácido dehidroascórbico. Se expresa principalmente en células embrionarias, por lo que mantiene el transporte continuo de estos azúcares desde la placenta hasta todas las células del feto. Además, ha sido detectado en células musculares y de testículo.
- GLUT4. Presenta alta afinidad por la glucosa y solo se expresa en tejidos sensibles a la insulina. Por tanto, se encuentra asociado con el transporte de glucosa estimulado por esta hormona.
- GLUT8. Transporta tanto glucosa como fructosa al interior de células hepáticas, nerviosas, cardíacas, intestinales, adiposas.
- GLUT9. Además de transportar glucosa y fructosa, presenta alta afinidad por los uratos, por lo que media la absorción de estos en células renales. No obstante, se ha encontrado que se expresa también en leucocitos y células del intestino delgado.
- GLUT12. En el músculo esquelético, este transportador es translocado a la membrana plasmática en respuesta a la insulina, por lo que actúa en mecanismos de respuesta a esta hormona. Su expresión ha sido determinada además en células de la próstata, placenta, riñón, cerebro y de las glándulas mamarias.
- GLUT13. Lleva a cabo el transporte específico acoplado de mioinositol e hidrógeno. Con ello, contribuye a disminuir el pH del líquido cefalorraquídeo hasta valores cercanos a 5.0 por células nerviosas que integran el cerebelo, hipotálamo, hipocampo y tallo cerebral.
Referencias
- Augustin, R. Critical Review. The protein family of glucose transport facilitators: It’s not only about glucose after all. IUBMB Life.
- Castrejón, V, Carbó, R, Martínez, M. Mecanismos moleculares que intervienen en el transporte de la glucosa. REB.
- Kinnamon, S.C,, Finger, T.E. A taste for ATP: neurotransmission in taste buds. Front Cell Neurosci.
- Schürmann, A. Insight into the “odd” hexose transporters GLUT3, GLUT5, and GLUT7. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab.
- Thorens, B., Mueckler, M. Glucose transporters in the 21st Century. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab.