Quelltext der Seite Glucosetransporter

{{Infobox Protein
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[[Datei:Beta-D-Glucose.svg|mini|200px|β-<small>D</small>-Glucose(Traubenzucker)-Molekül]]

'''Glucosetransporter (GLUT, SLC2A)''' sind bestimmte [[Transmembranprotein|transmembranäre]] [[Transportprotein]]e, die den Transport von [[Glucose]] oder [[Fructose]] durch die [[Zellmembran]] [[Katalysator|katalysieren]]. Es handelt sich um [[Membrantransport|trägerproteinvermittelte Uniports]], wobei der [[Konzentrationsgradient]] von Glucose die für den Transport benötigte Energie bereitstellt.

Alle GLUTs sind Mitglieder der [[Zuckertransporter]] in der [[Major-Facilitator-Superfamilie]] von [[Membrantransport]]-Proteinen. Sie weisen zwölf Transmembrandomänen auf.

== Struktur ==
Bislang sind 14 verschiedene Transporter vom GLUT-Typ bekannt, die in drei Klassen unterteilt werden. Jeder GLUT besteht aus insgesamt zwölf [[amphiphil]]en [[Proteindomäne|Transmembrandomänen]], die sich so in der [[Plasmamembran]] anordnen, dass die hydrophoben Anteile nach außen in die Membran binden und in der Mitte eine hydrophile Pore für Glucose entsteht. Dabei liegen [[Amino-Terminus]] und [[Carboxyl-Terminus]] auf zytosolischer Seite (intrazellulär). Die Bindung von Glucose verursacht eine [[Konformation]]sänderung, durch die das Molekül zur anderen Seite transportiert wird („rocker-switch“, Kippbewegung). Der Transportzyklus kann mithilfe des [[Uniporter#Transportmodell|''two-state four-step''-Modells]] beschrieben werden.<ref name="DOI10.1007/s41048-016-0030-7">Xuejun C. Zhang, Lei Han: ''Uniporter substrate binding and transport: reformulating mechanistic questions.'' In: ''Biophysics Reports.'' 2, 2016, S.&nbsp;45, {{DOI|10.1007/s41048-016-0030-7}}.</ref>

== Typen und Entwicklung ==
Aufgrund von Gemeinsamkeiten in der [[Aminosäurensequenz]] werden die GLUTs in drei Klassen eingeteilt. GLUT1 und GLUT3 sind auch für [[Dehydroascorbinsäure|Dehydroascorbat]] durchlässig. GLUT5 transportiert hauptsächlich Fructose und GLUT9 Harnsäure.

Aufgrund der Aminosäurensequenzen inzwischen bekannter GLUTs kann geschlossen werden, dass GLUTs vom Typ&nbsp;3 die ältesten GLUTs sind; sie sind wahrscheinlich mit den [[Eukaryoten]] entstanden und man findet [[Homologie (Genetik)|Orthologe]] von ihnen auch bei den Pflanzen. Mit der Entwicklung der [[Chordatiere]] entstanden zusätzlich durch Genkopie die GLUTs vom Typ&nbsp;2. Eine weitere Genverdopplung im Zuge der [[Euteleostomi]] brachte schließlich GLUTs vom Typ&nbsp;1, wobei GLUT-14 als jüngste Entwicklung mit den [[Primaten]] aus einer Kopie von GLUT-3 entstand.

=== Typ 1 ===

{| class="wikitable"
!Bezeich-<br/>nung
!style="width:70%" |Beschreibung
!Gen
!Phänotypen
|-
|[[GLUT-1]]
|GLUT1 ist der am weitesten verbreitete Typ und kommt in vielen [[Säuger]]zellen vor. Vor allem in den Zellen des [[Zentralnervensystem|ZNS]] und den [[Erythrozyt]]en ist dieser Typ häufig anzutreffen, weshalb man davon ausgeht, dass ihm eine besondere Funktion bei der Nährstoffversorgung dieser glucoseabhängigen Zellen zukommt. Er ist ein [[insulin]]unabhängiger Transporter, sein [[Michaelis-Menten-Theorie|K<sub>M</sub>-Wert]] liegt bei 1,5&nbsp;mmol·l<sup>−1</sup>.<ref name="Rassow">[[Joachim Rassow]], Karin Hauser, Roland Netzker und Rainer Deutzmann: ''Biochemie''. 2. Aufl., Thieme, Stuttgart 2008, ISBN 978-3-13-125352-1. S. 353.</ref> Daher zeigt er eine hohe Affinität zu Glucose und ist unter physiologischen Bedingungen nahezu gesättigt. So ist eine ständige Aufnahme von Glucose in die Zelle sichergestellt.

In vielen Lehrbüchern hat sich bis jetzt die falsche Meinung gehalten, die humanen β-Zellen des Pankreas würden wie die der Ratte oder Maus GLUT2 exprimieren. Tatsächlich ist es der Glucosetransporter GLUT1.<ref>{{Literatur |Titel=Löffler/Petrides Biochemie und Pathobiochemie |Auflage=9., vollständig überarbeitete Auflage |Verlag=Springer |Ort=Berlin Heidelberg |Datum=2014 |Reihe=Springer-Lehrbuch |ISBN=978-3-642-17971-6 |Seiten=445 |Sprache=de}}</ref><ref>K. T. Coppieters, A. Wiberg, N. Amirian, T. W. Kay, M. G. von Herrath: ''Persistent glucose transporter expression on pancreatic beta cells from longstanding type 1 diabetic individuals.'' In: ''Diabetes/metabolism research and reviews.'' Band 27, Nummer 8, November 2011, {{ISSN|1520-7560}}, S.&nbsp;746–754, {{DOI|10.1002/dmrr.1246}}, PMID 22069254.</ref> Durch die Glucoseaufnahme wird die [[Insulin]]synthese und -freisetzung in den β-Zellen aktiviert. Dies geschieht durch eine ATP-vermittelte Hemmung (Glucoseabbau führt zum ATP-Aufbau) von Kaliumkanälen mit nachfolgender Depolarisation, welche spannungsabhängige Calciumkanäle öffnet. Der Calciumeinstrom führt zur Exocytose der Insulin-Vesikel.
|''SLC2A1''
|[[Dystonie]] Typ 9,
[[GLUT1-Defizit-Syndrom]] 1,

GLUT1-Defizit-Syndrom 2,

[[Kryohydrozytose]] mit reduziertem [[Stomatin]],

Idiopathische generalisierte [[Epilepsie]]<ref>{{OMIM|ID=138140|Name=Solute Carrier Family 2 (Facilitated Glucose Transporter), Member 1; SLC2A1}}</ref>
|-
|[[GLUT-2]]
|Er kommt in [[Hepatozyten]], in der Darm[[mukosa]] und in den Epithelzellen der Niere vor. Der Transporter ist ebenfalls insulinunabhängig, besitzt aber nur eine geringe [[Affinität (Biochemie)|Glucoseaffinität]] (K<sub>M</sub> zwischen 17 und 66&nbsp;mmol·l<sup>−1</sup>).<ref name="Rassow" /> Infolgedessen ist die Glucoseaufnahme abhängig vom Blutzuckerspiegel. Dadurch wird der [[Glykogen]]abbau der Leber gehemmt.
|''SLC2A2''
|[[Fanconi-Bickel-Syndrom]],

Nicht-Insulinabhängiger [[Diabetes mellitus]]<ref>{{OMIM|ID=138160|Name=Solute Carrier Family 2 (Facilitated Glucose Transporter), Member 2; SLC2A2}}</ref>
|-
|[[GLUT-3]]
|GLUT3 kommt vor allem, aber nicht nur in Nervenzellen des Gehirns vor. Durch die geringere [[Michaeliskonstante|K<sub>M</sub>]] im Vergleich zu GLUT2 wird eine ausreichende Glucoseaufnahme auch bei niedrigen Blutzuckerspiegeln gewährleistet. Er ist insulinunabhängig und dient als Grundversorgung des ZNS.<ref>{{cite journal |author=Simpson IA, Dwyer D, Malide D, Moley KH, Travis A, Vannucci SJ |date=2008 |month=August |title=The facilitative glucose transporter GLUT3: 20 years of distinction |journal=Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. |volume=295 |issue=2 |pages=E242–53 |doi=10.1152/ajpendo.90388.2008 |pmid=18577699 |pmc=2519757 |url=http://ajpendo.physiology.org/cgi/content/full/295/2/E242 |language=en}}</ref>
|''SLC2A3''
|<div align="center">—</div>
|-
|[[GLUT-4]]
|GLUT4 kommt in [[Adipozyt|Fettzellen]] und in allen gestreiften Muskelzellen ([[Skelettmuskel]]zellen und [[Herzmuskel]]zellen) vor. Der Transporter ist insulinabhängig, besitzt eine hohe [[Affinität (Biochemie)|Affinität]] und wird [[intrazellulär]] in der [[Biomembran|Membran]] von [[Vesikel (Biologie)|Vesikeln]] gespeichert. Steigt der [[Blutzuckerspiegel]] an, steigt auch der Insulinspiegel. Insulin vermittelt die Fusion der Vesikel mit der [[Plasmamembran]], sodass 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 kann die Glucose dann ins [[Triacylglycerin]] umgewandelt, in Muskelzellen in Form von [[Glykogen]], gespeichert werden. GLUT4 hat demnach die Funktion einer bedarfsorientierten Glucoseversorgung.<ref name="Rassow" />
|''SLC2A4''
|<div align="center">—</div>
|-
|GLUT-14
|Kommt ausschließlich im [[Hoden]] vor und hat strukturell große Ähnlichkeit mit GLUT3.<ref name="Löffler/Petrides">Prof. Georg Löffler, Dr. Petro E. Petrides, Prof. Peter C. Heinrich: ''Biochemie & Pathobiochemie''. Springer Medizin Verlag, Heidelberg 2006, ISBN 978-3-540-32680-9. S. 376.</ref>
|''SLC2A14''
|<div align="center">—</div>
|}

=== Typ 2 ===

{| class="wikitable"
!Bezeich-<br/>nung
!style="width:70%" |Beschreibung
!Gen
!Phänotypen
|-
|[[GLUT-5|GLUT5]]
|Dieser Typ ist kein reiner Glucose-, sondern ein [[Fructose]]transporter und kommt vor allem in den [[Spermatozoen]], im [[Darm|Intestinaltrakt]] und in der Niere<ref name="Rassow" /> vor.
|''SLC2A5''
|<div align="center">—</div>
|-
|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 [[Endoplasmatisches Retikulum|Endoplasmatischen Retikulum]] lokalisierte Glucose-6-phosphatase dephosphoryliert werden.
|''SLC2A7''
|<div align="center">—</div>
|-
|GLUT9
|GLUT-9 ist hauptsächlich in den Nierentubuli anzutreffen, wo er [[Harnsäure]] rückresorbiert. In geringerem Maß werden zwei Isoformen in mehreren anderen Gewebetypen exprimiert und können zusätzlich geringe Mengen Fructose und Glucose transportieren.
|''SLC2A9''
|[[Hypourikämie]]<ref>{{OMIM|ID=606142|Name=Solute Carrier Family 2 (Facilitated Glucose Transporter), Member 9; SLC2A9}}</ref>
|-
|GLUT11
|Über diesen Glucosetransporter ist lediglich bekannt, dass er in drei Isoformen in Herz- und Skelettmuskelzellen exprimiert wird.
|''SLC2A11''
|<div align="center">—</div>
|}

=== Typ 3 ===

{| class="wikitable"
!Bezeich-<br/>nung
!style="width:70%" |Beschreibung
!Gen
!Phänotypen
|-
|[[GLUT-6|GLUT6]]
|GLUT-6 wird im Gehirn, der Milz und in peripheren Leukozyten exprimiert.
|''SLC2A6''
|<div align="center">—</div>
|-
|GLUT8
|GLUT-8 transportiert in Hodenzellen kompetitiv Glucose und Fructose. Seine Expression wird durch Estrogen gehemmt.
|''SLC2A8''
|<div align="center">—</div>
|-
|GLUT10
|In vielen Gewebetypen exprimiert, besonders aber in Leber und Pankreas, hat dieser GLUT ein K<sub>m</sub> = 0,28&nbsp;mM für 2-Desoxy-<small>D</small>-Glucose.
|''SLC2A10''
|[[Arterial-Tortuosity-Syndrom]]<ref>{{OMIM|ID=606145|Name=Solute Carrier Family 2 (Facilitated Glucose Transporter), Member 10; SLC2A10}}</ref>
|-
|GLUT12
|GLUT-12 ist ein Membranprotein in der perinukleären Region von Muskelzellen, solange Insulin abwesend ist.
|''SLC2A12''
|<div align="center">—</div>
|}

== Funktion ==
[[Monosaccharid]]e wie Glucose sind sowohl in [[Wasser]] als auch im [[Blut]] gut löslich ([[Polarität (Chemie)|polar]]) und können daher problemlos über das Blut zu den Zielzellen transportiert werden. Die (apolare) [[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 [[Intrazellularraum]] und [[Extrazellularraum]] aufrechterhalten wird, reagiert die Glucose nach Eintritt ins [[Zytosol]] zu [[Glucose-6-phosphat]] (G6P), was durch die [[Hexokinase]] (verschiedene [[Isoform]]en) katalysiert wird. G6P ist Ausgangsprodukt der [[Glykolyse]], des [[Pentosephosphatweg]]es und der [[Glykogen]]synthese.

GLUT1, GLUT3 und GLUT4 sowie die [[Hexokinase IV]] sind die Traubenzucker-Grundversorger des Organismus, die selbst bei niedrigem [[Blutzuckerspiegel]] noch effizient arbeiten, da sie ein niedriges Km haben (und daher eine hohe Affinität). 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 [[Blutzucker]]konzentration, da sie eine niedrige Affinität besitzen (hohes Km). Das bedeutet, dass die Aufnahme von Glukose nur dann erfolgt, wenn eine [[Hyperglykämie]] besteht. Sie dienen somit als eine Art Glucosesensor. Gibt es einen Glucosemangel, ist damit zuerst die Versorgung der [[Organ (Biologie)|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.

Die meisten Zellen sind nicht in der Lage, freie Glucose selbst zu [[Gluconeogenese|synthetisieren]], da ihnen die [[Glucose-6-Phosphatase]] fehlt. Sie sind somit auf eine Versorgung durch das Blut angewiesen. Lediglich [[Hepatozyten]] und bedingt Darm- und Nierenzellen sind in der Lage, [[Gluconeogenese]] zu betreiben.

== Medizinische Bedeutung ==
Defekte in GLUTs können mehrere seltene Erbkrankheiten verursachen.
* Das [[GLUT1-Defizit-Syndrom]], eine [[Autosom|autosomal]]-[[Dominanz (Genetik)|dominante]] [[Erbkrankheit]] wird durch einen Defekt in GLUT1 verursacht.
* Durch Gendefekte hervorgerufener GLUT-2-Mangel führt zum so genannten [[Fanconi-Bickel-Syndrom]].<ref>
{{Orphanet |ID=2088 |Name=Fanconi-Bickel-Syndrom |Abruf= }}</ref>
* Bestimmte Symptome in einem Teil der Patienten, die an [[Diabetes mellitus]] Typ&nbsp;2 leiden, konnten mit Mutationen in GLUT-2 in Verbindung gebracht werden.<ref>{{UniProt|P11168}}</ref>
* Mutationen im für GLUT-9 codierenden Gen sind für eine erbliche Form der [[Hypourikämie]] verantwortlich.<ref>{{OMIM|612076|Hypouricemia, renal, 2; RHUC2}}</ref>
* Defekte in GLUT-10 verursachen eine Krankheit, die mit Überdehnbarkeit der Arterien und der Bindegewebe einhergeht (''arterial tortuosity syndrome'', ATS).<ref>{{Orphanet |ID=3342 |Name=Arterial-Tortuosity-Syndrom |Abruf= }}</ref>

== Literatur ==
* {{Literatur |Titel=Lehrbuch der Physiologie |Hrsg=Rainer Klinke, Hans-Christian Pape, Stefan Silbernagl |Auflage=5. |Verlag=Thieme |Ort=Stuttgart |Datum=2005 |ISBN=3-13-796003-7 |Sprache=de}}
* {{Literatur |Titel=Biochemie und Pathobiochemie |Hrsg=Georg Löffler, [[Petro E. Petrides]], Peter C. Heinrich |Auflage=8. |Verlag=Springer |Ort=Berlin |Datum=2006 |ISBN=978-3-540-32680-9 |Sprache=de}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Proteingruppe]]
[[Kategorie:Transporter (Membranprotein)]]