Glucosetransporter
Glucosetransporter (GLUTs) sind transmembranäre Transportproteine, also Enzyme, die den Transport von Glucose durch Zellwände katalysieren.
Monosaccharide wie Glucose sind sowohl in Wasser als auch im Blut gut löslich (polar) und können daher problemlos über das Blut zu den Zielzellen transportiert werden. Die Lipiddoppelschicht der Zellen ist für Glucose aber nur schwer durchlässig, weshalb es in den Plasmamembranen Glucosetransporter gibt, die eine erleichterte Diffusion ermöglichen. Sie arbeiten ohne Energieverbrauch rein aufgrund des chemischen Gradienten für Glucose.
Damit dieses notwendige Konzentrationsgefälle zwischen Intra- und Extrazellulärraum aufrecht erhalten wird, reagiert die Glucose nach Eintritt ins Zytosol zu Glucose-6-Phosphat, was durch die Hexokinase (verschiedene Isoformen) katalysiert wird. Außerdem ist die Phosphatgruppe negativ geladen, so dass sie durch das lipophile Innere der Plasmamembran nicht mehr hinausdiffundieren können. Glucose-6-Phosphat ist Ausgangsprodukt der Glykolyse, des Pentosephosphatweges und der Glykogensynthese.
Bislang sind 14 verschiedene Arten von Glucosetransportern bekannt, die in drei Klassen unterteilt werden. Jeder Glucosetransporter besteht aus insgesamt 12 hydrophoben Transmembrandomänen, die sich so in der Plasmamembran anordnen, dass in der Mitte eine Pore für Glucose entsteht.
Arten
GLUT1
GLUT1 ist der am weitesten verbreitete Typ und kommt in vielen Säugerzellen vor. Vor allem in den Zellen des ZNS ist dieser Typ häufig anzutreffen, weshalb man davon ausgeht, dass ihm eine besondere Funktion bei der Nährstoffversorgung dieser Zellen zukommt. Er ist ein insulinunabhängiger Transporter.
GLUT2
Kommt in Hepatozyten, in den β-Zellen des Pankreas, in der Darmmukosa und in den Epithelzellen der Niere vor. Der Transporter ist ebenfalls insulinunabhängig, besitzt aber nur eine geringe Glucoseaffinität. GLUT2 erkennt einen zu hohen Blutzuckerspiegel und aktiviert die Insulinsynthese und -freisetzung in den β-Zellen.
GLUT3
Kommt vor allem in Nervenzellen des Gehirns vor. Durch die geringere KM im Vergleich zu GLUT1 wird eine ausreichende Glucoseaufnahme auch bei niedrigen Blutzuckerspiegeln gewährleistet.
GLUT4
Kommt in Fettzellen und Muskelzellen vor. GLUT4 ist insulinabhängig, besitzt eine hohe Affinität und wird intrazellulär in der Membran von Vesikeln gespeichert. Steigt der Blutzuckerspiegel an, steigt auch der Insulinspiegel. Insulin vermittelt die Fusion der Vesikel mit der Plasmamembran, so dass der Blutzuckerspiegel durch Aufnahme von Glucose in die Zellen wieder gesenkt werden kann. Danach werden die Transporter durch Endozytose wieder aufgenommen und können erneut verwendet werden. In den Fettzellen (Adipozyten) kann die Glucose dann in Form von Triacylglycerin, in Muskelzellen in Form von Glykogen, gespeichert werden.
GLUT5, GLUT11
GLUT5 ist kein eigentlicher Glucose- sondern vielmehr er ein Fructosetransporter und kommt vor allem in den Spermatozoen und im Intestinaltrakt vor.
GLUT7
Dieser Transporter dient dem Transport der in der Gluconeogenese in der Leber entstandenen Glucose aus den Zellen in das Blut. Dafür muss zunächst Glucose-6-Phosphat durch die am Endoplasmatischen Retikulum lokalisierte Glucose-6-Phosphatase dephosphoryliert werden.
GLUT14
Kommt ausschließlich im Hoden vor und ist strukturell mit GLUT3 verwandt.
GLUT1, GLUT2 und GLUT3 sind auch für Dehydroascorbat durchlässig.
Funktionen
GLUT1, GLUT3 und GLUT4 sowie die Hexokinase sind damit die Traubenzucker-Grundversorger des Organismus, die selbst bei niedrigem Blutzuckerspiegel noch effizient arbeiten. Wichtig ist, dass die Menge an Glucose, die in der Zelle verstoffwechselt wird, ausschließlich von der Hexokinase-Menge in der Zelle abhängt und nicht vom Blutzuckerspiegel.
GLUT2 und die Glucokinase dagegen sind in ihrer Aktivität abhängig von der Blutzuckerkonzentration, da sie eine niedrige Affinität besitzen. Sie dienen somit als eine Art Glucosesensor. Gibt es einen Glucosemangel, ist damit zuerst die Versorgung der Organe und der Muskulatur (von besonderer Wichtigkeit ist die Versorgung der Erythrozyten und des ZNS mit Glucose, da diese auf eine Mindestglucosekonzentration angewiesen sind) sichergestellt, bevor Glucose in den Leberzellen oder den Fettzellen gespeichert wird. Die Glucokinase im Pankreas sorgt dafür, dass in Abhängigkeit von der Blutzuckerkonzentration ausreichend Insulin hergestellt und sezerniert wird. Wäre in diesen Zellen die Hexokinase lokalisiert, so wären die β-Zellen völlig unangepasst und würden ständig Insulin ausschütten.
Literatur
- Rainer Klinke, Hans Christian Pape, Stefan Silbernagl (Hrsg.): Physiologie. 5. Auflage, Thieme, Stuttgart 2005, ISBN 978-3-1379600-5-8.
- Georg Löffler, Petro E. Petrides, Peter C. Heinrich (Hrsg.): Biochemie und Pathobiochemie. 8. Auflage, Springer, Berlin 2006, ISBN 978-3-5403268-0-9.