GLUT4は、この糖に対して高い親和性を持つ509アミノ酸のグルコース輸送タンパク質です。それは12の膜貫通型αヘリックスを持つことを特徴とするファシリテーターの主要なスーパーファミリー（MSF）に属しています。このファミリーのすべてのメンバーと同様に、それはその濃度勾配を下るグルコースの促進輸送を仲介します。
その場所は、脂肪細胞や筋細胞などのインスリン刺激に敏感な細胞に制限されています。この意味で、GLUT4は、血液中の高血糖の条件下でのグルコース吸収の主要なメカニズムを主役としています。
GLUT4は、インスリンによって調節される唯一のグルコース輸送体です。メイカー著、ウィキメディア・コモンズより。
細胞によって合成されたGLUT4の約95％は、小胞内のサイトゾルに常駐します。これらの小胞は原形質膜と融合し、インスリン媒介性エキソサイトーシスの活性化に応答してその中の受容体を露出させる。
骨格筋運動はまた、これらの細胞がこれらの条件下で持っている高いエネルギー需要を考えると、細胞膜におけるこのトランスポーターの再配置を促進することができます。ただし、長時間の身体活動中にその合成を刺激する信号はまだ不明です。
特徴
構成的発現トランスポーターGLUT1と同様に、GLUT4はグルコースに対する親和性が高く、血液中のこの糖の濃度が非常に低い値に達した場合でも、グルコースに結合する能力に変換されます。
基礎条件（GLUT1およびGLUT3）でのグルコース輸送に関与するアイソフォームとは異なり、このトランスポーターは胚細胞膜では発現しません。
それどころか、それは成人組織の細胞、主に心臓、骨格筋および脂肪組織などの高濃度の褐色脂肪が豊富な末梢組織でのみ発現されます。しかし、下垂体や視床下部の細胞にも検出されています。
この意味で、インスリン濃度の変化に敏感な細胞に限定されるその分布は、このホルモンによる調節された発現を示すという事実に関連していることを強調することが重要です。他の研究では、筋肉の収縮もこのトランスポーターの発現に調節効果を発揮できることが示されています。
一方、細胞内位置の研究では、GLUT2がサイトゾルと膜の間に二重の位置にあることが示されています。最も高いパーセンテージが配置されている細胞質ゾルコンパートメントでは、それはさまざまなコンパートメントに存在します。
構造
このヘキソース（GLUT）の促進された受動輸送に関与するグルコース輸送体ファミリーのすべてのメンバーと同様に、GLUT4はα-ヘリックスマルチパス膜貫通タンパク質です。
α-ヘリックス構成の12個の膜貫通セグメントは、GLUT 4が発現している細胞の細胞膜および細胞内コンパートメント（小胞）を通過します。
ヘリックス3、5、7、11は空間的に分布し、親水性チャネルの形成を引き起こします。これにより、単糖が細胞外空間からサイトゾルへと移動し、濃度勾配が生じます。
タンパク質のアミノ末端とカルボキシル末端は、細胞質に向かって配向し、大きな中心ループが形成されるコンホメーション構成になっています。
両端で区切られた領域は、グルコースの取り込みと結合、およびインスリンシグナリングへの応答の両方に関与するため、タンパク質の機能的に重要な領域を表しています。細胞質小胞コンパートメントからトランスポーターとしての機能を発揮する原形質膜への誘導に加えて。
GLUT4を介してグルコース輸送はどのように発生しますか？
このヘキソース（GLUT）の促進された受動輸送に関与するグルコース輸送体ファミリーのすべてのメンバーと同様に、GLUT4はα-ヘリックスのマルチパス膜貫通タンパク質です。
糖の結合によって引き起こされた構造の変形は、結合部位を膜の外部ダイからサイトゾルに移動させ、そこで放出されます。これが発生すると、トランスポーターは再び最初のコンフォメーションを取得し、膜の外側のグルコースにサイトを露出させます。
特徴
GLUT4タイプのグルコーストランスポータータンパク質は、このホルモンに敏感な組織の細胞におけるインスリンの分泌促進によって生成される刺激に応答して、細胞外培地からサイトゾルへのグルコースの動員を実行する責任があります。それらは骨格筋と脂肪組織を統合します。
これをよりよく理解するには、インスリンが血液中の高濃度のグルコースに応答して膵臓のβ細胞によって放出されるホルモンであり、細胞による吸収とグリコーゲンの合成を促進する生理学的メカニズムが作動していることを覚えておくことが重要です。
このホルモンに対するGLUT4の感受性を考えると、それはグルコース吸収の主要な調節メカニズムの主役として機能します。単糖濃度が非常に高い値に達したときに、血液からのグルコースの迅速な動員において重要な役割を果たす。後者は、細胞の恒常性を維持するために不可欠です。
グルコースのこの急速な吸収は、このトランスポーターがこの糖に対して持っている高い親和性のために可能になります。言い換えれば、それは低濃度でもそれを検出し、迅速に結合または捕獲することが可能です。
一方、低濃度でグルコースを検出する能力は、運動時の骨格筋膜におけるGLUT4発現の重要性を説明します。これは、エネルギー需要の高い活動です。
サイトゾルから膜へのGLUT4小胞の動員
膜へのGLUT4を含む小胞の動員のメカニズム。ウィキメディア・コモンズのCNX OpenStaxによる。
インスリン刺激がない場合、GLUT4の約95％がトランスゴルジネットワークから小胞内の細胞質に動員されます。
グルコース濃度が生理学的値をはるかに超えると、膵臓からのインスリンの放出につながるシグナル伝達カスケードがトリガーされます。
放出されたインスリンは、筋細胞および脂肪細胞の膜に存在するインスリン受容体に結合することができ、エキソサイトーシスの活性化をトリガーするために必要な信号を送信します。後者は、GLUT4を含む小胞と原形質膜の融合をもたらします。
この融合は、これらの細胞の膜におけるトランスポーターの濃度を一時的に増加させます。つまり、血糖値がベースラインまで下がると、刺激が消え、エンドサイトーシスの活性化によってトランスポーターがリサイクルされます。
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