GLUT4：特征，结构，功能 - 生物学 - 2025

GLUT4是一种509个氨基酸的葡萄糖转运蛋白，对这种糖具有高度亲和力。它属于主要的促进子超家族（MSF），其特征是具有12个跨膜α螺旋。像该家族的所有成员一样，它介导了葡萄糖沿其浓度梯度向下的便利运输。

它的位置仅限于对胰岛素刺激敏感的细胞，例如脂肪细胞和肌细胞。从这个意义上说，GLUT4在血液中高血糖的情况下，是葡萄糖吸收的主要机制中的明星。

GLUT4是唯一受胰岛素调节的葡萄糖转运蛋白。由Wikimedia Commons的Meiquer提供。

细胞合成的大约95％的GLUT4仍驻留在囊泡的胞质溶胶中。这些囊泡与质膜融合，响应于胰岛素介导的胞吐作用的活化而暴露于其中的受体。

考虑到这些细胞在这些条件下的高能量需求，骨骼肌运动也能够促进该转运蛋白在细胞膜中的重新定位。但是，在长时间的体育锻炼中刺激其合成的信号仍然未知。

特点

像组成型表达转运蛋白GLUT1一样，GLUT4对葡萄糖具有很高的亲和力，即使血液中这种糖的浓度达到非常低的值，它也具有结合葡萄糖的能力。

与负责在基础条件下转运葡萄糖的同工型（GLUT1和GLUT3）相反，该转运蛋白在胚胎细胞膜中不表达。

相反，它仅在成人组织的细胞中表达，主要在富含高浓度棕色脂肪的外周组织中表达，例如心脏，骨骼肌和脂肪组织。但是，它也在垂体和下丘脑的细胞中被检测到。

从这个意义上讲，重要的是要强调其分布仅限于对胰岛素浓度变化敏感的细胞，这与该激素可调节该激素的表达有关。其他研究表明，肌肉收缩也能够对该转运蛋白的表达发挥调节作用。

另一方面，亚细胞定位研究表明，GLUT2在细胞质和膜之间具有双重位置。在比例最高的胞质隔室中，它位于各种隔室中：在反式高尔基体网络中，早期的内体，网格蛋白覆盖或未覆盖的囊泡以及肾小管-囊泡的胞质结构。

结构体

像参与该己糖（GLUTs）的被动转运的葡萄糖转运蛋白家族的所有成员一样，GLUT4是一种α-螺旋多通道跨膜蛋白。

α-螺旋构型的12个跨膜片段跨过表达GLUT 4的细胞的质膜和亚细胞区室（囊泡）。

螺旋3、5、7和11在空间上分布以形成亲水通道，单糖通过该通道发生从细胞外空间到细胞质的迁移，有利于浓度梯度。

蛋白质的氨基和羧基末端以构型构型朝向细胞质，导致形成大的中央环。

由两端界定的区域代表了蛋白质的功能上重要的区域，因为它既参与葡萄糖的摄取和结合，又参与对胰岛素信号的响应。除了从胞浆囊泡室到质膜的引导外，质膜还会发挥转运蛋白的功能。

葡萄糖如何通过GLUT4转运？

像参与该己糖（GLUTs）的被动转运的葡萄糖转运蛋白家族的所有成员一样，GLUT4是α-螺旋中的多通道跨膜蛋白。

由糖的结合引起的结构变形使结合位点从膜的外模移动到释放它的胞质溶胶。一旦发生这种情况，转运蛋白再次获得其初始构象，从而使该部位暴露于膜外侧的葡萄糖。

特征

GLUT4类型的葡萄糖转运蛋白负责将葡萄糖从细胞外介质中转移到细胞质中，以响应对这种激素敏感的组织中胰岛素细胞分泌增强产生的刺激。它们整合了骨骼肌和脂肪组织。

为了更好地理解这一点，重要的是要记住，胰岛素是胰腺β细胞释放的一种激素，响应血液中的高浓度葡萄糖，从而激活了促进其被细胞吸收以及糖原合成的生理机制。

鉴于GLUT4对这种激素的敏感性，它充当葡萄糖吸收的主要调节机制的主角。当单糖浓度达到很高的值时，在血液中葡萄糖的快速动员中起关键作用。后者对于维持细胞稳态是必不可少的。

由于该转运蛋白对该糖具有高亲和力，因此葡萄糖的这种快速吸收成为可能。换句话说，即使在低浓度下，它也能够检测，快速结合或捕获。

另一方面，检测低浓度葡萄糖的能力解释了运动过程中骨骼肌膜中GLUT4表达的重要性，这是一项对能量的高需求活动。

将GLUT4囊泡从胞浆中转移到膜上

携带GLUT4的囊泡动员至膜的机制。由CNX OpenStax提供，来自Wikimedia Commons。

在没有胰岛素刺激的情况下，约95％的GLUT4从反式高尔基体网络募集到囊泡内的细胞质中。

当葡萄糖浓度远远超过生理值时，会触发信号级联反应，从而导致胰岛素从胰腺释放。

现在释放的胰岛素能够与肌细胞和脂肪细胞膜上存在的胰岛素受体结合，发送必要的信号以触发胞吐作用的激活。后者导致带有GLUT4的囊泡与质膜融合。

这种融合瞬时增加了这些细胞膜中转运蛋白的浓度。也就是说，一旦血糖水平降至基线，刺激就会消失，转运蛋白会通过激活内吞作用而被回收利用。

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