Mecanismo de transporte de glucosa

La molécula de glucosa como principal monosacárido y fuente de energía para el organismo (específicamente el organismo humano) debe ser transportada a las diferentes células que constituyen los tejidos, con la finalidad de desencadenar diversas vías metabólicas importantes para el mantenimiento y vital funcionamiento de los diferentes órganos y sistemas.Es por ello, que los diversos mecanismos de transporte de glucosa son procesos esenciales para lograr introducir la molécula en la célula y por consiguiente, la activación las diversas rutas energéticas.En el ser humano, los monosacáridos de la dieta como: la glucosa, la galactosa y la fructosa, se absorben en el duodeno y en la parte superior del yeyuno en el intestino delgado. El mecanismo de transporte de la glucosa a nivel de las células epiteliales intestinales se lleva a cabo gracias a la acción de la bomba ATPasa de Na+/K+ , la cual genera un gradiente de concentración químico del ión sodio, que permite el transporte de la molécula de glucosa al medio intracelular, ya que se genera una fuerza motriz capaz de impulsar a la glucosa cuando el gradiente de concentración está a favor del ión sodio. Esta bomba emplea ATP e intercambia tres moléculas de sodio (salen al medio extracelular) por cada dos moléculas de potasio (que se introducen en la célula).
El transporte de la molécula de glucosa se lleva a cabo a través de la membrana celular, por el mecanismo de dos familias de proteínas de membrana: los transportadores de glucosa acoplados a sodio (SGLT) y las proteínas facilitadoras del transporte de glucosa (GLUT). Los primeros se expresan principalmente en epitelios encargados de la absorción y de la reabsorción de nutrientes, específicamente el epitelio del intestino delgado y el epitelio tubular renal.Los GLUT se expresan en todas las células del organismo y permiten conducir la glucosa de un compartimiento a otro.
La glucosa, además de la dieta, proviene de la glucogenolísis y la gluconeogénesis hepática. Es por ello que sus concentraciones plasmáticas (en sangre) dependen del equilibrio de estas vías metabólicas. Los rangos de glicemia (concentración de glucosa en sangre) son muy estrechos, ya que se encuentran bajo acciones de hormonas como insulina, glucagón, adrenalina, cortisol, etc.La insulina, es una hormona hipoglucemiante y se caracteriza porque actúa como inductor en la incorporación y traslocación de los transportadores GLUT a la membrana plasmática de las células musculares, adiposas y hepáticas; provocando la entrada masiva de glucosa al medio intracelular a través de un mecanismo de transporte por difusión facilitada y bajando los niveles de concentración de la glucosa en sangre.

La familia de proteínas SGLT acoplados a sodio, como se mencionó, son transportadores que ensamblan el ingreso de Na+ y glucosa (o galactosa) mediante el gradiente electroquímico a favor de la entrada del Na+ transportando a la hexosa en contra de un gradiente de concentración.
Existe una familia de genes que codifica para la síntesis de estos transportadores y se le llama acarreadores de soluto del grupo 5A (SLC5A, por sus siglas en inglés: SL de "solute" y C de "carrier"). En esta familia se incluye a los transportadores de glucosa intestinal y renal SGLT1 (SLC5A1) y SGLT2 (SLC5A2) y al SGLT3 (SLC5A4), el cual se considera un sensor de la glucosa en tejidos como el muscular.
Los SGLT están constituidos por 14 cruces transmembranales tipo a - hélice con sus grupos amino y carboxilo terminales del lado extracelular (posee un sitio de glucosilacion entre los segmentos 6 y 7). El transporte de Na+ se realiza en una región cercana al amino terminal y la glucosa de introduce en la región cercana al carboxilo terminal. El sodio, al interactuar con la proteína induce un cambio conformacional en la misma que aumenta la afinidad del transportador por la glucosa. El Na+ transportado al interior de las células es bombeado por la ATPasa de Na+/K+ a través de la membrana basolateral (recuperando el ión su gradiente electroquímico.).La glucosa se acumula en las células epiteliales y posteriormente se moviliza fuera de la célula mediante los facilitadores del transporte de glucosa.
SGLT1 (SLC5A1). Se codifica por un gen localizado en el cromosoma 22 y está compuesto por 664 Aminoácidos. La Km es de 0.3 mM, transporta una glucosa o galactosa por dos Na+ y se expresa principalmente en el intestino delgado, en el corazón y en el riñón. Su deficiencia congénita produce una enfermedad o patología conocida como ´´síndrome de mala absorción de glucosa-galactosa´´
SGLT2 (SLC5A2). Se codifica por un gen localizado en el cromosoma 16 y está formado por 672 aminoácidos. Su Km para la glucosa es de 1.63 mM, transporta una molécula de glucosa por un ión Na+. Se expresa principalmente en el túbulo contorneado proximal de las nefronas reabsorbiendo la glucosa filtrada. Su defecto congénito (en la membrana apical del segmento S1) en las células del túbulo renal proximal produce una glucosuria renal primaria.
SGLT3 (SLC5A4). Se codifica por un gen localizado en el cromosoma 22 y está formado por 674 aminoácidos. Transporta dos iones de Na+ por una molécula de glucosa. Tiene un Km de 6 mM para la glucosa. Se expresa principalmente en las neuronas colinérgicas del plexo mientérico y submucoso del intestino delgado y en las uniones neuromusculares del músculo esquelético, donde la concentración de glucosa plasmática modula el potencial de membrana.
La familia de proteínas GLUT son aquellas encargadas de transportar los monosacáridos al interior de la célula. Se han encontrado 14 de ellas (GLUT-1 a GLUT-14) divididas en subgrupos según sus características específicas. A la familia de genes que codifican para estos transportadores se les denomina acarreadores de soluto del grupo 2A (SLC2A, por sus siglas en inglés).Están constituidos por sus grupos amino y carboxilo terminales del lado citosólico de la membrana.
GLUT CLASE I
-GLUT 1: se expresa en muchos tejidos, entre ellos los eritrocitos, células neuronales, celulas del intestino delgado, células endoteliales del cerebro y en las nefronas. Se codifica por un gen localizado en el cromosoma 22 y está formado por 664 aminoácidos. Tiene una Km de 1 a 2 mM. Los problemas relacionados con el gen que codifica para GLUT 1 se relacionan con el desarrollo de diabetes mellitus tipo II. Además, deficiencias en el transporte de glucosa tipo 1 tiene relación con defectos congénitos en los transportadores (GLUT 1).
-GLUT 2: Se expresa principalmente en las células pancreáticas, en el hígado, en el riñón y en la membrana basolateral del intestino delgado. Transporta también galactosa y fructosa. Está constituido por 522 aminoácidos y se codifica por un gen localizado en el cromosoma 3. Tiene un Km de 17 mM. Una deficiencia en transportadores GLUT 2 trae como consecuencia una patología denominada síndrome de Fanconi-Bickel caracterizada por hepatomegalia producida por la acumulación de glucógeno e intolerancia a la galactosa y fructosa.


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Transportador glut3. [Referencia electrónica en línea] 2008 [Acceso el 28 de mayo de 2011]. Disponible en: ttp://www.google.com/imgresimgurl=http://3.bp.blogspot.com

-GLUT 3: se expresa en tejidos que tienen alto requerimiento de glucosa como: en el sistema nervioso central, la placenta, el hígado, el riñón y el corazón (en el cerebro su función está acoplada al GLUT 1, permitiendo el transporte vectorial de la glucosa desde la sangre hasta las neuronas). Está formado por 596 aminoácidos y se codifica por un gen localizado en el cromosoma 12. Tiene un Km para la glucosa de 2 mM. Una deficiencia de GLUT 3 está relacionada con la restricción del crecimiento intrauterino fetal.

-GLUT 4:se expresa en tejidos sensibles a insulina, como el musculo, tejido adiposo y el corazón. Existe una cascada de señalización que desencadena la insulina al establecer interacción hormona-receptor que trae como consecuencia un cambio conformacional que estimula la actividad de tirosina quinasa del receptor, éste se autofosforila y a su vez fosforila a otras proteínas, donde la más importante es llamada sustrato del receptor de la insulina 1 (IRS-1). La IRS-1 activa a dos vías intracelulares: La cascada de las MAP quinasas que intervienen en la regulación de la expresión genética de diversas proteínas, entre las cuales se encuentran el GLUT 1 y el GLUT 4. La otra vía activada por IRS-1 es la de la fosfatidil-inositol 3 quinasa (PI3 quinasa) la cual está involucrada en diversos efectos metabólicos, principalmente en la translocación y exocitosis de los GLUT 4 que llevan a su inserción en la membrana y la posterior incorporación masiva de glucosa a la célula (de 10 a 20 veces). En pacientes diabéticos tipo II se describen alteraciones en la cascada de señalización de la insulina, que traen como consecuencia a su vez disminución expresión y los niveles de fosforilación del IRS-1, de la PI3.







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Transportador de glut4. [Referencia electrónica en línea] 2009 [Acceso el 03 de junio de 2011. Disponible en:http://www.ans.kobe-u.ac.jp/english/gakka/seibutsukinou/seibutu.html&usg


-GLUT 14: se expresa en las células de los testículos específicamente. Consiste de 11 exones y hasta hace poco se consideraba un pseudo-gen, ya que no se había encontrado un producto proteico derivado. Actualmente se sabe que la expresión de GLUT 14 tiene dos formas editadas alternativas: una corta (GLUT 14-S) que tiene 10 exones y codifica para una proteína de 497 aminoácidos, que es 94.5 % idéntica al GLUT 3 y una forma larga (GLUT-L) que tiene un exón más y codifica para una proteína de 520 aminoácidos y que difiere con el GLUT 14-S sólo en el amino terminal.
GLUT CLASE II
-GLUT 5: se expresa en el intestino delgado, riñón y testículos. Se encarga de transportar fructosa únicamente (no glucosa). Está formado por 501 aminoácidos y está codificado por un gen localizado en el cromosoma 1. Está relacionado, según estudios, con el desarrollo de cáncer de mama ya que se considera a la fructosa como sustrato energético para este tipo de células, además, el aumento de células tumorales indica un aumento de los transportadores GLUT 5.
-GLUT 7: es un transportador clonado del intestino humano. Tiene alta afinidad por glucosa y fructosa. Está constituido por 523 aminoácidos y comparte 53% de afinidad con GLUT 5. Tiene baja especificad de sustrato y alta afinidad con GLUT 5 por lo que se considera un transportador de transición entre los GLUT CLASE I y II. El RNA mensajero del GLUT 7 ha sido detectado en el intestino delgado, en el colon, en los testículos y en la próstata; en el intestino delgado se expresa predominantemente en las células de borde en cepillo.

-GLUT 9: se expresa principalmente en el riñón, en el hígado, en el intestino delgado, en la placenta, en los pulmones y en los leucocitos. El transportador GLUT 9 presenta un 44 % de similitud con el GLUT 5 y un 38 % de similitud con el GLUT 1. Consiste de 12 exones que codifican
una proteína de 540 aminoácidos.

-GLUT 11: transportador con alta similitud a GLUT 5. Tienen baja afinidad por la glucosa y alta afinidad por la fructosa. Se encuentra en tres isoformas: GLUT 11-A se expresa principalmente
en el corazón, en el músculo esquelético y en el riñón; GLUT 11-B se expresa en el riñón, en el tejido adiposo y en la placenta; GLUT 11-C se expresa en el tejido adiposo, en el corazón, en el músculo esquelético y en el páncreas.
GLUT CLASE III


-GLUT 6: se expresa predominantemente en los leucocitos, bazo y cerebro. Tiene baja afinidad a glucosa y aun no se con precisa si posee afinidad para fructosa. Proteína formada por 507 aminoácidos.
-GLUT 8: proteína de 477 aminoácidos cuyo gen se encuentra en el cromosoma 9. Posee alta afinidad para la glucosa y es inhibido pro d-galactosa y d-fructosa. Se expresa principalmente en los testículos, de manera moderada en el sistema nervioso central, en la glándula adrenal, en el hígado, en el bazo, en el tejido adiposo y en el pulmón, aunque también se ha detectado una expresión muy baja en el músculo esquelético. En el caso particular del testículo humano, su expresión depende de la secreción de las gonadotropinas y en los blastocistos depende de la insulina; por otro lado, en las glándulas mamarias su expresión está regulada por las hormonas lactogénicas.
-GLUT 10: transporte expresado predominantemente en el hígado y en el páncreas. Tomando en cuenta su localización tisular y su función, se considera que las alteraciones en el gen del GLUT10 están involucradas en la susceptibilidad a la diabetes mellitus tipo II.
-GLUT 12: proteína formada por 621 aminoácidos. Se considera el segundo transporte de glucosa dependiente de insulina. Se expresa en el músculo esquelético, en el tejido adiposo y en el intestino delgado.
-GLUT 13:se expresa predominantemente en el cerebro y esta acoplado a H+. Transporta específicamente mio-inositol y estereoisómeros relacionados, sin transportar ningún tipo de azúcar. Los fosfoinosítidos sintetizados a partir de mio-inositol desempeñan un papel crítico en el desarrollo de los conos del crecimiento neuronal y en la actividad sináptica.