GLUT4

¿Qué es GLUT4?

GLUT4 es una proteína transportadora de glucosa de 509 aminoácidos que presenta una alta afinidad por este azúcar. Pertenece a la gran superfamilia principal de facilitadores (MSF), caracterizada por presentar 12 alfa hélices transmembranales. Como todos los miembros de esta familia, media el transporte facilitado de glucosa a favor de su gradiente de concentración.

Su localización se restringe a células sensibles a la estimulación por la insulina, tales como los adipocitos y miocitos. En este sentido, GLUT4 protagoniza el mecanismo primario de absorción de glucosa bajo condiciones de hiperglicemia en sangre.

Aproximadamente el 95% de GLUT4 sintetizado por la célula permanece residente en el citosol en el interior de vesículas. Estas vesículas se fusionan con la membrana plasmática exponiendo en ella el receptor en respuesta a la activación de la exocitosis mediada por insulina.

El ejercicio del músculo esquelético también es capaz de promover la relocalización de este transportador en la membrana celular, dada la alta demanda de energía que tienen estas células bajo tales condiciones. Sin embargo, aún se desconocen las señales que estimulan su síntesis durante la realización de la actividad física prolongada.

Características de GLUT4

– Estructura. Proteína integral de membrana que consta de 509 aminoácidos. Como los otros transportadores de glucosa, GLUT4 tiene una estructura que incluye 12 segmentos transmembranales que forman un canal a través de la membrana celular.

– Ubicación. Se encuentra predominantemente en células musculares esqueléticas y cardíacas, así como en adipocitos (células de grasa). En condiciones basales, GLUT4 se ubica sobre todo en vesículas intracelulares, lejos de la membrana plasmática.

– Regulación. La translocación de GLUT4 a la membrana plasmática es altamente regulada, especialmente en respuesta a la insulina. En presencia de insulina, GLUT4 se moviliza desde las vesículas intracelulares hasta la superficie celular, donde facilita la captación de glucosa.

– Homología. Pertenece a la familia de transportadores de glucosa (GLUT), que incluye varios miembros con estructuras similares pero con diferentes afinidades y especificidades para la glucosa.

– Especificidad tisular. A diferencia de otros transportadores de glucosa, como GLUT1, que se expresan en una amplia variedad de tejidos, GLUT4 tiene una distribución más restringida, siendo específico principalmente para tejidos que responden a la insulina.

Estructura de GLUT4

Como todos los miembros de la familia de transportadores de glucosa involucrados en el transporte pasivo facilitado de esta hexosa (GLUT), GLUT4 es una proteína transmembranal multipaso en α-hélice.

12 segmentos transmembranales en configuración α-hélice atraviesan las membranas plasmáticas y de compartimientos subcelulares (vesículas) de las células donde se expresa GLUT4.

Las hélices 3, 5, 7 y 11 se distribuyen espacialmente para dar lugar a la formación de un canal hidrofílico a través del cual ocurre el tránsito del monosacárido desde el espacio extracelular al citosol a favor de un gradiente de concentración.

Los extremos amino y carboxilo terminal de la proteína se orientan hacia el citoplasma, en una configuración conformacional que da lugar a la formación de una gran asa central.

El área delimitada por ambos extremos representa una región funcionalmente importante de la proteína, ya que se encuentra involucrada tanto en la captación y unión de glucosa como en la respuesta a la señalización de insulina. Además de su direccionamiento desde los compartimientos vesiculares citosólicos hasta la membrana plasmática donde ejercerá su función como transportador.

¿Cómo ocurre el transporte de glucosa a través de GLUT4?

Una deformación de la estructura inducida por la unión del azúcar moviliza el sitio de unión desde el dado externo de la membrana al citosol donde es liberada. Una vez ocurrido esto, el transportador adquiere de nuevo su conformación inicial, exponiendo así el sitio a la glucosa en la cara externa de la membrana.

Funciones de GLUT4

• Transporte de glucosa. Su función principal es facilitar el transporte de glucosa a través de la membrana plasmática de las células musculares y adiposas. GLUT4 permite que la glucosa entre en la célula, donde puede utilizarse para producir energía o almacenarse como glucógeno (en músculos) o como grasa (en adipocitos).
• Respuesta a la insulina. Resulta indispensable en la respuesta del cuerpo a la insulina. Cuando los niveles de insulina aumentan, como después de una comida, GLUT4 se transloca desde las vesículas intracelulares hacia la membrana plasmática. Esta translocación permite una mayor captación de glucosa en las células, reduciendo los niveles de glucosa en sangre.
• Homeostasis de la glucosa. Desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de la homeostasis de la glucosa en el cuerpo. Al facilitar la entrada de glucosa en las células cuando es necesario (especialmente en presencia de insulina), GLUT4 ayuda a mantener los niveles de glucosa en sangre dentro de un rango saludable.

• Regulación del metabolismo energético. Al permitir la captación de glucosa en las células, GLUT4 contribuye directamente al metabolismo energético. La glucosa transportada puede ser utilizada en la vía glicolítica para la producción de ATP, la principal fuente de energía celular.
• Almacenamiento de energía. En células musculares y adiposas, la glucosa que entra a través de GLUT4 puede convertirse en glucógeno (en músculos) o en triglicéridos (en adipocitos), sirviendo como reserva de energía para el cuerpo.

Referencias 

1. Bryant, N.J., Govers, R., James, D.E. Regulated transport of the glucose transporter GLUT4. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 
2. Henriksen, E.J. Effects of acute exercise and exercise training on insulinresistance. J. Appl. Physiol. 
3. Huang, S., Czech, M.P. The GLUT4 glucose transporter. Cell Metab. 
4. Pessin, J.E., Thurmond, D.C., Elmendorf, J.S., Coker, K.J., Okada, S. Molecular basis of insulin-stimulated GLUT4 vesicle trafficking. Biol. Chem. 
5. Schulingkamp, R.J., Pagano, T.C., Hung, D., Raffa, R.B. Insulin Receptors and Insulin Action in The Brain: Review and Clinical Implications. Neuroscience and Biobehavioral Reviews.