葡萄糖转运蛋白GLUT体结构的总结报告ppt课件
人类葡萄糖转运蛋白的结构和功能研究
人类葡萄糖转运蛋白的结构和功能研究人体的代谢循环是一个复杂的过程，其中，葡萄糖的转运和利用是一个重要的环节。
葡萄糖是人体最主要的能量来源，而葡萄糖转运蛋白则是控制葡萄糖进出细胞的主要调节因素。
本文将围绕着人类葡萄糖转运蛋白的结构和功能展开探讨。
一、人类葡萄糖转运蛋白的结构人类葡萄糖转运蛋白（human glucose transporter，hGLUT）是一种跨膜蛋白，它负责将葡萄糖从细胞外基质中转运到细胞内。
hGLUT属于跨膜蛋白家族（transmembrane protein family），其结构可以分为12个不同的α螺旋区域，其中1-6区域在细胞外，7-12区域在细胞内。
hGLUT是一个单体膜蛋白，由12个跨膜α螺旋和多个N端短肽组成。
hGLUT具有三个亚型（hGLUT1、hGLUT2和hGLUT3），它们的结构有所不同。
hGLUT1主要分布在红血球和血管内皮细胞等组织中，它的C端为内向，N端为外向，具有一个大的EC2环；hGLUT3则主要分布在神经元和其他组织中，它的C端为外向，N端为内向；hGLUT2则广泛分布于肝脏、胰岛和小肠等组织中，它在葡萄糖利用率方面具有重要意义。
二、人类葡萄糖转运蛋白的功能hGLUT的主要功能是将葡萄糖从血液中运输到细胞内，在代谢过程中产生能量。
hGLUT主要工作于草酸途径和糖原生成途径，将里面储存的葡萄糖输出到体外。
另外，hGLUT还与糖尿病相关，在糖尿病发生时，细胞的生理活动受到抑制，hGLUT的表达和功能也会受到影响。
三、人类葡萄糖转运蛋白的研究进展hGLUT是一个受到广泛研究的蛋白质，科学家们通过研究葡萄糖转运蛋白的结构和功能，探究代谢过程中葡萄糖的利用和转运机制，在此基础上，发展和探索更有效的治疗方法。
目前，对hGLUT的研究主要集中于两个方面：第一，研究hGLUT的结构与免疫活性，深入了解葡萄糖的转运和利用过程；第二，利用hGLUT为基础，开发有效的药物，防治2型糖尿病等代谢性疾病。
葡萄糖转运蛋白结构与功能的研究及其在糖尿病治疗中的应用
葡萄糖转运蛋白结构与功能的研究及其在糖尿病治疗中的应用葡萄糖转运蛋白（GLUT）是一类负责将葡萄糖从体液中转运到细胞内的膜蛋白，它在机体代谢中扮演着至关重要的角色。
GLUT与糖尿病的关系已经被广泛研究，这种疾病是因为机体对葡萄糖的摄取或利用出现问题，导致血糖水平过高。
在近年来，随着生物化学和分子生物学技术的逐渐成熟，对于GLUT的结构与功能的研究已经有了很大的进展。
GLUT的结构与功能的研究是一个复杂而长久的过程。
已经不断推进着人类探讨蛋白质的高级机能追求的研究”。
GLUT的结构与功能GLUT从结构上可以被分为12个亚型，不同的亚型之间在不同的组织或器官发挥不同的功能。
GLUT亚型的结构相似，但是它们的表达分布和生理功能差异明显。
也就是说它们虽然结构相似，但它们在地球上发挥的功能却非常复杂，因此GLUT家族不仅是糖代谢过程的工具，也是细胞学中的热门研究对象。
GLUT有许多重要的功能，其最大的作用就是在细胞内外的葡萄糖转运过程中发挥着关键的作用。
GLUT不止转运葡萄糖，还转运其他糖类，如半乳糖和果糖。
同时，它们也可以用于多种药物和激素的转运。
GLUT在糖尿病治疗中的应用糖尿病是一种代谢性疾病，主要是由于机体胰岛素水平过低，导致组织对葡萄糖的摄取难度增大而引起的。
因此，通过控制GLUT的功能，可以影响机体对葡萄糖的摄取和利用过程，从而间接治疗糖尿病。
目前，糖尿病患者的治疗主要是利用药物治疗和饮食控制。
药物治疗中最经典的药物就是GLUT抑制剂。
GLUT抑制剂是一种能够抑制GLUT功能的药物。
它能够减少细胞对葡萄糖的摄取，从而降低血糖水平。
但是，GLUT抑制剂也存在着一些负面影响。
它不仅会阻碍机体对葡萄糖的摄取，同时也会影响机体对其他类似物质的摄取，如维生素和氨基酸等其他重要的养分类物质。
因此，研究人员的挑战是要开发出一个既能够减少葡萄糖摄取，又不会影响对其他类似物质的摄取的药物治疗糖尿病。
新型的糖尿病治疗方法为了解决上述问题，一些新的糖尿病治疗方法被研发出来。
葡萄糖转运蛋白结构与功能的研究及其在糖尿病治疗中的应用
葡萄糖转运蛋白结构与功能的研究及其在糖尿病治疗中的应用葡萄糖转运蛋白（glucose transporter protein）是一类负责细胞膜葡萄糖转运的蛋白质。
糖尿病是一种常见的代谢性疾病，其主要特征是血糖调节功能受损，导致血糖水平异常升高。
因此，研究葡萄糖转运蛋白结构与功能，并探索其在糖尿病治疗中的应用具有重要意义。
葡萄糖转运蛋白包括14个家族成员，其中，葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）在代谢组织（如肌肉和脂肪组织）中起着至关重要的作用。
GLUT4蛋白主要存在于胞质小囊泡内，它的迁移到细胞膜上能够增加细胞膜对葡萄糖的转运能力。
GLUT4被胰岛素调节，胰岛素能够通过激活信号传导通路促进GLUT4的迁移到细胞膜上。
因此，研究胰岛素对GLUT4迁移的调控机制是研究糖尿病的重要方向之一在糖尿病治疗中，促进GLUT4的迁移可以增加葡萄糖的转运，降低血糖水平。
一些药物已经应用于糖尿病治疗，例如胰岛素和胰岛素增敏剂（如二甲双胍）。
这些药物能够通过促进GLUT4的迁移来降低血糖水平。
然而，目前药物治疗的效果还有待提高。
因此，研究人员也开始探索其他方法来提高GLUT4的迁移和葡萄糖转运。
例如，一些研究表明，通过调节GLUT4的磷酸化状态可以影响其迁移到细胞膜上的能力。
磷酸化是一种常见的蛋白质修饰方式，可以调节蛋白质的功能。
因此，研究葡萄糖转运蛋白的磷酸化调控机制可能会为糖尿病的治疗提供新的思路。
总之，研究葡萄糖转运蛋白的结构和功能，并探索其在糖尿病治疗中的应用，对于了解糖尿病的发病机制、改善糖尿病治疗效果具有重要意义。
随着研究的深入和技术的不断发展，相信会有更多关于葡萄糖转运蛋白的新发现，并为糖尿病的治疗带来更大的突破。
葡萄糖转运蛋白结构域
葡萄糖转运蛋白结构域英文回答：Glucose transporter protein domains are essential for the transport of glucose across cell membranes. These domains play a crucial role in maintaining glucose homeostasis in the body. There are several different glucose transporter protein domains, including the major facilitator superfamily (MFS) and the sodium-glucose co-transporter (SGLT) family.The MFS is the largest family of glucose transporter proteins and is found in all domains of life. It is characterized by a conserved 12-transmembrane helix structure and a highly conserved glucose-binding site. The MFS glucose transporter proteins are responsible for the facilitated diffusion of glucose across the cell membrane.The SGLT family of glucose transporter proteins, on the other hand, uses a sodium gradient to transport glucoseagainst its concentration gradient. This family isprimarily found in the kidney and intestine and is responsible for the reabsorption of glucose from the renal filtrate and the uptake of glucose from the intestinal lumen.Both the MFS and SGLT families of glucose transporter proteins have been extensively studied and their structures have been determined using X-ray crystallography and cryo-electron microscopy. These studies have provided valuable insights into the molecular mechanisms of glucose transport and have paved the way for the development of novel therapeutics for the treatment of glucose transport disorders, such as diabetes.In addition to the MFS and SGLT families, there arealso other glucose transporter protein domains that have been identified. For example, the ATP-binding cassette (ABC) transporter family includes glucose transporters that use ATP hydrolysis to transport glucose across the cell membrane. The GLUT family of glucose transporter proteinsis another important group that is responsible for thefacilitated diffusion of glucose in various tissues.Overall, the structure and function of glucose transporter protein domains are critical for understanding the mechanisms of glucose transport in the body. Further research in this field will undoubtedly uncover newinsights into the regulation of glucose homeostasis and may lead to the development of novel therapeutic strategies for the treatment of glucose transport disorders.中文回答：葡萄糖转运蛋白结构域对于维持细胞膜上葡萄糖的转运起着至关重要的作用。
人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构(中文翻译)
人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构摘要：葡萄糖转运蛋白GLUT1主要促进葡萄糖扩散进入红细胞，并负责葡萄糖供应到大脑和其他器官。
不正常的基因突变可能导致GLUT1缺陷综合症，其中GLUT1的过度表达是癌症的预示指标。
尽管经过几十年的调查， GLUT1的结构尚不清楚。
在这里，我们报告的人GLUT1的晶体结构在3.2 ˚分辨率的状态。
一种被捕获的具有典型的向内折叠构象的全长蛋白。
这种结构可以实现对精确映射和疾病相关的基因突变中GLUT1的潜在机理的解释。
这些突变基因结构提供了一个洞察GLUT1和糖搬运工亚家族的其他成员的交流访问机制的途径。
在单向转运GLUT1与质子耦合木糖转运体XylE的结构比较中，可以检验被动推动者和积极转运的转运机制。
GLUT1 由SLC2A1编码，介导的细胞将基底水平葡萄糖的摄取到许多组织中。
特别是，它负责通过促进葡萄糖的扩散，使成红细胞常数摄取保持在约5毫米的血液浓度。
GLUT1在血液组织屏障的内皮细胞内具有使葡萄糖供应到大脑和其他器官中的核心作用。
GLUT1的失活突变，将导致血糖运输活动受损，而这是与疾病相关联的缺乏能源供应到大脑不足相关联的。
GLUT1缺陷综合征（又称德活体综合征）的特点是症状包括早发性癫痫，小头畸形和发育迟缓的频谱。
癌细胞需要增强葡萄糖的供应，部分是通过无氧糖酵解（ Warburg效应）的效率较低的能源产生。
确定GLUT1的水平将作为肿瘤预后的重要指标。
因为它的基本生理和病理意义，GLUT1一直是功能研究及结构测定的重点。
GLUT1属于MFS ，其中规模最大最普遍存在的二次转运蛋白超家族之一的糖搬运工亚科。
MFS转运共享一个保守的核心，其包括由两个离散地折叠的结构，即在氨基和羧基末端结构域12个跨膜片段。
在每个领域，连续六次跨膜段折叠成一对“3+3 ”反向重复的片段。
已知的的实验证据表明，三螺旋束可以表示其基本结构和功能单位。
所有MFS转运蛋白被认为是利用交流访问机制，其中由底物结合位点是从两侧通过转运蛋白的构象变化交替访问OFTHE膜运输衬底。
葡萄糖转运蛋白
2014年5月18日，清华大学医学院教授颜宁研究组在Nature在线发表了题为“Crystal structure of the human glucose transporter GLUT1”的研究论文，在世界上首次报道了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构，初步揭示其工作机制以及相关疾病的致病机理。
葡萄糖（D-glucose）是地球上包括从细菌到人类各种生物已知最重要、最基本的能量来源。
葡萄糖代谢的第一步就是进入细胞：亲水的葡萄糖不能自由穿透疏水的细胞膜，其进出细胞需要通过镶嵌于细胞膜上的葡萄糖转运蛋白完成。
其中一类属于主要协同转运蛋白超家族（Major Facilitator Superfamily，简称MFS）的转运蛋白是大脑、神经系统、肌肉、红细胞等组织器官中最重要的葡萄糖转运蛋白（glucose transporters，简称GLUTs）。
在人体的14个GLUTs中， GLUT1、2、3、4这四种蛋白生理功能最重要，研究最广泛，其中GLUT1因发现最早而得名。
GLUT1几乎存在于人体每一个细胞中，是红细胞和血脑屏障等上皮细胞的主要葡萄糖转运蛋白，对于维持血糖浓度的稳定和大脑供能起关键作用。
在已知的人类遗传疾病中，导致GLUT1功能异常的突变会影响葡萄糖的正常吸收，导致大脑萎缩、智力低下、发育迟缓、癫痫等一系列疾病。
另一方面，当发生癌变时，葡萄糖是肿瘤细胞最主要的能量来源，但是肿瘤细胞由于缺乏氧气供应而只能对葡萄糖进行无氧代谢，同质量葡萄糖所提供的能量不到正常细胞的10%，因而对葡萄糖的需求剧增，在很多种类的肿瘤细胞中都观察到GLUT1的超量表达，以大量摄入葡萄糖维持肿瘤细胞的生长扩增，这使得GLUT1的表达量可能作为检测癌变的一个指标。
自从获得了大量生理、病理、细胞、生化信息之后，获取GLUT1的三维结构就变成了该领域最期待的下一个突破。
颜宁研究组在2012年首次解析了GLUTs的大肠杆菌同源蛋白XylE与葡萄糖结合的高分辨率晶体结构，并利用同源建模预测了GLUT1-4的三维结构；时至今日，人源GLUT1蛋白的晶体结构的捕获为理解这个具有历史研究意义的转运蛋白掀开了新的一章。
葡萄糖的跨膜运输方式小结（图）
葡萄糖的跨膜运输⽅式⼩结（图）1、葡萄糖进⼊⾻骼肌细胞内的运输⽅式是什么？葡萄糖可通过载体蛋⽩进⾏协助扩散进⼊⾻骼肌细胞和脂肪细胞。
运输葡萄糖的载体蛋⽩（即GLUT）主要是通过构型的变化将葡萄糖运输到细胞内。
运输葡萄糖的载体蛋⽩有两种构型，⼀种构型朝向细胞表⾯暴露出与葡萄糖的结合位点，当有葡萄糖与其结合时，运输蛋⽩的构型发⽣变化，这样与葡萄糖结合的位点朝向细胞质⾯，此时葡萄糖与运输蛋⽩的结合⼒和亲和⼒减低，从⽽被释放到细胞质中。
当葡糖糖被释放后，运输蛋⽩⼜恢复到原来的构型，进⾏下⼀轮循环(如下图)。
2、⾻骼肌细胞和脂肪细胞如何控制葡萄糖协助扩散进⼊细胞的速度？细胞对葡萄糖的摄取受胰岛素的调节。
肌细胞和脂肪细胞具有GLUT的异构体GLUT4，在胰岛素浓度低的时候，细胞表⾯只有很少的GLUT4，但细胞质的膜泡中有⼤量的GLUT4存在。
当⾎液中葡萄糖的浓度升⾼时，胰岛素的⽔平也随之提⾼，胰岛素作⽤于靶细胞，使膜泡中的GLUT4转移到细胞膜中，增加GLUT4在细胞膜中的数量，加快运输速度。
3、葡萄糖跨膜运输的⽅式有哪些？葡萄糖除了以协助扩散⽅式进⼊细胞外，还以主动运输的⽅式进⾏。
和⾼中教材介绍的ATP—驱动泵供能的主动运输不同的是：葡萄糖的主动运输不直接消耗ATP⽔解提供的能量，⽽是借助于Na+-K+泵排出的Na+所产⽣的电化学梯度使物质进⼊细胞，具体过程见图5：由上图可以看出，运载葡萄糖的载体有两个结合位点，这两个位点都位于膜的外侧，它们分别与葡萄糖和Na+结合，由于Na+-K+泵的作⽤，使得Na+在膜外的浓度⾼于膜内，这样就形成了浓度梯度（电化学梯度），借助于Na+的浓度梯度（电化学梯度）的作⽤，载体蛋⽩的构象发⽣变化，葡萄糖分⼦由膜外的低浓度环境进⼊膜内的⾼浓度环境，因此，这种运输也称为伴随运输。
这种伴随运载发⽣时需要两个重要的条件，⼀是浓度梯度，Na+是顺浓度梯度，⽽葡萄糖分⼦是逆浓度梯度。
理解这种运输不能简单地认为不需要ATP提供的能量，⾸先Na+的顺浓度梯度（电化学梯度）就具有势能，⽽这种势能⼜是Na+-K+泵消耗ATP造成的，因此，这种运输也属于主动运输。
葡萄糖转运体(GLUT)是一类
葡萄糖转运体(GLUT)是一类调控细胞外葡萄糖进入细胞内的跨膜蛋白家族，参与糖代谢，炎性反应和免疫应答等过程。
钠-葡萄糖协同转运蛋白(SGLTS)是一类位于小肠粘膜中的葡萄糖转运蛋白家族，其中钠离子依赖性葡萄糖转运蛋白SGLT1在小肠葡萄糖的吸收中发挥重要作用。
糖类营养转运蛋白基因何时表达，肠道不同部位的表达特点以及表达量等都要受到多种转录调控因子的调控。
转录因子USF1与糖脂吸收机制密切相关，人上皮细胞系Caco-2细胞质膜中GLUT5和SGLT1基因的表达受TNFa调控，进而导致糖转运的改变。
GLUT4是由SLC2A4基因编码的糖转运蛋白，能够以不依赖与ATP,协助运输的方式运送葡萄糖穿过细胞质膜。
与其他糖转运蛋白不同的是，GLUT4在细胞内的分布受到胰岛素的调控。
当机体进食后血糖水平快速升高，葡萄糖会促进胰岛素分泌增加。
胰岛素促使GLUT4从胞内膜结构转移到细胞膜表面上，细胞表面上的GLUT4浓度在胰岛素的刺激下可以增加到其在基础状态时的5-30倍。
当胰岛素浓度降低时，GLUT4通过胞吞作用回到细胞内，细胞表面的GLUT4重新恢复到基础状态时的水平。
葡萄糖转运体在不同的部位所表达的基因不同，但相似之处在于葡萄糖转运体对基因的影响是巨大的，如葡萄糖的去除能够引起GLUT构象发生翻转，由向胞内张开变为胞外张开。
参考文献：《胰岛素调控葡萄糖转运蛋白4转位的研究发展》中国医药生物技术于海佳《转录因子USTF1》调控鸡小肠上皮细胞中糖类转运蛋白表达山西农业大学生命科学学院张宇。
葡萄糖转运蛋白及其结构生物学研究
葡萄糖转运蛋白及其结构生物学研究在人体中，葡萄糖是一种重要的营养物质，是身体能量的主要来源。
在细胞中，葡萄糖的转运与利用都需要依赖于葡萄糖转运蛋白（Glucose Transporter，简称GLUT）。
GLUT是一类跨膜蛋白，主要负责细胞的内吞和外排，可以将外源性的葡萄糖以及细胞内产生的葡萄糖转运到胞质中，从而维持细胞内外浓度的平衡。
GLUT在不同种类细胞中具有不同的表达型，其主要分为12个亚型，分别为GLUT1-12。
不同的亚型在不同的组织、不同的细胞内表达量也不同，而在同一细胞内，它们的表达量也会随着细胞的代谢状态和环境的改变而发生变化。
在近年来的研究中，人们发现GLUT能够与多种生物制剂相互作用，包括蛋白质、核酸、药物等，对其结构与功能的研究，不仅为深入了解GLUT及其作用机制提供了重要的线索，也为药物研发与治疗提供了新的思路。
GLUT的结构体系也是结构生物学研究的热点之一。
GLUT属于膜蛋白家族，其膜外端具有多个环状结构，可以与葡萄糖发生结合。
而其膜内侧则有12条跨膜螺旋结构，这些螺旋结构由膜蛋白的α螺旋本身和膜蛋白的跨膜域（TM domain）共同构成。
膜蛋白的跨膜域，是膜蛋白中最为稳定的结构之一，是研究膜蛋白家族的重要手段。
在最近几年的研究中，人们还发现，不同的GLUT亚型在其蛋白质序列中会出现一些共性的保守序列，这些序列可以在不同GLUT亚型之间进行比对，从而建立更加准确的GLUT家族进化关系树。
同时，GLUT还与其他蛋白质的相互作用也在近年来的研究中得到了广泛关注。
例如GLUT与其它跨膜转运蛋白的相互作用，以及与细胞骨架和细胞信号转导通路等方面的相互作用，都为深入探究GLUT的作用机理提供了思路。
总之，GLUT作为细胞内外葡萄糖平衡的关键蛋白，其在细胞生理和病理过程中的作用越来越受到重视。
然而，目前GLUT结构生物学和功能的研究仍需要进一步的深入。
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2023
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目录
葡萄糖简介葡萄糖的生物合成葡萄糖的分解代谢葡萄糖的调节与控制葡萄糖代谢异常葡萄糖在医学中的应用
01
葡萄糖简介
葡萄糖是一种多羟基醛，具有D-构型和L-构型两种异构体。
总结词
葡萄糖是一种单糖，化学式为C6H12O6。它是一种多羟基醛，具有D-构型和L-构型两种异构体。D-葡萄糖是自然界中最常见的葡萄糖异构体。
胰岛素的作用
胰岛素是体内主要的降糖激素，通过促进血糖进入细胞、抑制肝脏糖原分解和糖异生等途径降低血糖水平。
胰高血糖素的作用
胰高血糖素是体内主要的升糖激素，通过促进糖原分解和糖异生等途径升高血糖水平。
胰岛素和奋时，肾上腺素和去甲肾上腺素分泌增加，可促进肝糖原分解和糖异生，同时抑制胰岛素分泌，升高血糖水平。
详细描述
光合作用中的碳固定
总结词
磷酸丙糖是光合作用中产生的三碳化合物，通过转运在叶绿体和细胞质之间进行分配。
详细描述
在光合作用中，三碳酸在酶的作用下被还原为磷酸丙糖，之后通过转运蛋白从叶绿体运到细胞质中，为葡萄糖的合成提供原料。
磷酸丙糖的生成和转运
总结词
蔗糖是在叶绿体中合成，通过转运蛋白运到细胞质中，作为葡萄糖合成的原料。
糖尿病治疗
饮食控制、运动疗法、药物治疗（口服降糖药、胰岛素等）。
糖尿病并发症
心血管疾病、糖尿病肾病、神经病变等。
01
02
03
血糖≤3.9 mmol/L；出现低血糖症状；补充葡萄糖后症状迅速缓解。
低血糖症及其治疗
低血糖诊断
口服葡萄糖、静脉注射葡萄糖等。
低血糖治疗
饮食不当、运动过度、药物不当等。
人源葡萄糖转运蛋白GLUT的晶体结构解读
葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构宏观评述一、背景介绍：葡萄糖（D-glucose）是地球上包括从细菌到人类各种生物已知最重要、最基本的能量来源，也是人脑和神经系统最主要的供能物质；大脑平均每天消耗约120克葡萄糖，占人体葡萄糖总消耗量的一半以上。
葡萄糖代谢的第一步就是进入细胞：亲水的葡萄糖作为一种有机大分子不能自由穿透疏水的脂质双层结构细胞膜进入细胞，其进出细胞需要通过镶嵌于细胞膜上的葡萄糖转运蛋白（glucose transporters）简称葡萄糖转运体（GLUT）转运功能才能得以实现。
其中一类属于主要协同转运蛋白超家族（Major Facilitator Superfamily，简称MFS）的转运蛋白是大脑、神经系统、肌肉、红细胞等组织器官中最重要的葡萄糖转运蛋白（glucose transporters，简称GLUTs）。
在人体的14个GLUTs中，GLUT1、2、3、4这四种蛋白生理功能最重要，研究最广泛，GLUT1几乎存在于人体每一个细胞中，是红细胞和血脑屏障等上皮细胞的主要葡萄糖转运蛋白，对于维持血糖浓度的稳定和大脑供能起关键作用。
在已知的人类遗传疾病中，G L U T 1 功能完全缺失将致死，功能部分缺失会使细胞对葡萄糖吸收不足而导致大脑萎缩、智力低下、发育迟缓、癫痫等一系列疾病（GLUT1 Deficiency syndrome,又称De Vivo syndrome）同时也会因葡萄糖不能及时为人体利用消耗而导致血糖浓度的异常升高。
另一方面，当发生癌变时，葡萄糖是肿瘤细胞最主要的能量来源，但是肿瘤细胞由于缺乏氧气供应而只能对葡萄糖进行无氧代谢，同质量葡萄糖所提供的能量不到正常细胞的10%，因而对葡萄糖的需求剧增（这是被称为Warburg Effect的肿瘤细胞代谢现象），在很多种类的肿瘤细胞中都观察到GLUT1的超量表达，以大量摄入葡萄糖维持肿瘤细胞的生长扩增，这使得GLUT1的表达量可能作为检测癌变的一个指标。
关于葡萄糖转运蛋白GLUT
关于葡萄糖转运蛋⽩GLUT据⽹络，6⽉5⽇，清华⼤学宣布：该校医学院颜宁教授研究组在世界上⾸次解析了⼈源葡萄糖转运蛋⽩GLUT1的晶体结构，初步揭⽰了它的⼯作机制以及相关疾病的致病机理，在⼈类攻克癌症、糖尿病等重⼤疾病的探索道路上迈出了极为重要的⼀步。
未来，⼈类有望“饿死”癌细胞。
据颜宁介绍，⽬前已经发现了葡萄糖转运蛋⽩GLUT1晶体结构运转过程中的⼀个构象，结合该团队早在2012年发现的细菌葡萄糖转运蛋⽩的两个构象，只要再发现⼀个构象，就可以相对完整地理解⼈体内葡萄糖运转机理的整个过程。
回想在好多试题中出现过葡萄糖转运蛋⽩GLUT，有必要查找资料整理。
⼈类对葡萄糖跨膜转运的研究已有约100年的历史。
这类葡萄糖转运蛋⽩家族包含多个成员，其中科学家对GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT4这四个蛋⽩的研究最为深⼊，且证实与多种⼈类疾病的发⽣密切相关，如婴⼉癫痫发作、Fanconi-Bickel综合症、糖尿病、肥胖等。
但是⽬前对于此类重要蛋⽩的结构信息知之甚少。
1977年第⼀次从红细胞⾥分离出了转运葡萄糖的蛋⽩质GLUT1。
在1985年鉴定出GLUT1的基因序列。
此后，获取GLUT1的三维结构从⽽真正认识其转运机理就成为该领域最前沿也最困难的研究热点。
过去⼏⼗年间，美国、⽇本、德国、英国等国的诸多世界顶尖实验室都曾经或正在为此全⼒攻关，但始终未能成功。
转运蛋⽩GLUT1⼏乎存在于⼈体每⼀个细胞中，是⼤脑、神经系统、肌⾁等组织器官中最重要的葡萄糖转运蛋⽩，对于维持⼈的正常⽣理功能极为重要，⼀⽅⾯，如果转运蛋⽩GLUT1功能部分缺失，将会使细胞对葡萄糖吸收不⾜⽽导致⼤脑萎缩、智⼒低下、发育迟缓、癫痫等系列疾病，并会因葡萄糖不能及时为⼈体利⽤消耗⽽导致⾎糖浓度的异常升⾼。
另⼀⽅⾯，转运蛋⽩GLUT1在癌细胞的新陈代谢过程中也发挥着重要功能。
葡萄糖转运蛋白
人类不同肿瘤和癌细胞系中已发现5种葡萄糖转运子亚型，Glut-1是惟一的几乎存在于所有癌细胞系中的亚型，并已发现在许多人类肿瘤中均有高表达，与肿瘤最为密切相关。
Glut-1的过度表达是恶性细胞在生长转化过程中对其所处的特殊生理微环境的反应。
Chung JK，Lee YJ，Kim C，el a1．Mechanisms related to[ F]fluoro de-oxyglucose uptake of human colon cancers transplanted in nude mice[J]．J Nucl Med，1999，40：339．Glut-1过度表达可转运更多的葡萄糖以满足恶性细胞高代谢率和快速生长的需要。
体内外的实验表明，Glut-1对18F-FDG的吸收起主要作用。
Brown RS，Leung JY，Kison PV，et a1．Glucose transporters andFDG up-take in untreated primary hmnan non-small cell lung cancer. J Nucl Med，1999，40 ：556一．葡萄糖转运蛋白1(glucose transporter 1，GLUT-1)是一种组织细胞进行跨膜转运葡萄糖的重要载体，在哺乳动物胚胎和成熟组织中低水平表达，但在缺氧及缺血的恶性肿瘤细胞中表达显著增高，且与肿瘤进展、患者预后有着一定关系。
研究发现，不同部位GLUT-1的表达程度与肿瘤的关系存在着一定的差异，例如：在食管癌中，GLUT-1表达的高低和肿瘤细胞的浸润程度、淋巴结转移以及病理分级都有着一定相关性；在肺癌中，GLUT-1表达与其分期有关，越是晚期的肿瘤相应的GLUT-1表达阳性率越高；在眼鳞状细胞癌细胞中，GLUT-1表达强弱与肿瘤的等级及细胞的增殖呈正相关¨；在胰腺导管腺癌中，通过GLUT-1的检测能为其早期判断肿瘤的恶性程度、生存率高低提供重要信息J。
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更有意思的是, 研究发现一类只有 3次跨膜结构域的糖转运蛋白 SemiSWEET, 它们在细胞膜上可 能形成多聚体行使功能. 可能从进 化上来讲, MFS超家族蛋白是由3 次跨膜蛋白融合形成.除了跨膜结 构域外, 部分MFS超家族蛋白还具 有胞内结构域. 以XylE和GLUT1为 例, 在胞内区域还存在几个由 -螺 旋组成的胞内结构域.螺旋中的多 个带电荷氨基酸残基会与跨膜结构 域上的氨基酸残基产生相互作用, 底物转运实验也已经证实这些位置 上的突变会影响转运.
transporters，简称GLUTs）。
• ( 1 ) G L U T 1 功能完全缺失将致死，功能部分 缺失会使细胞对葡萄糖吸收不足而导致大脑萎缩、 智力低下、发育迟缓、癲痫等系列疾病，同时也会 因葡萄糖不能及时为人体利用消耗而导致血糖浓度 的异常升高。
• ( 2 ) G L U T 1 在癌细胞的新陈代谢过程中也发 挥着重要功能。癌细胞需要消耗超量葡萄糖也需要 通过转运蛋白来摄取，才能维持其生长扩增，由此 引起GLUT1在细胞中显著过量往往意味着有癌变发 生。因此，如能研究清楚GLUT1的组成、结构和工 作机理，就有可能通过调控它实现葡萄糖转运的人 工干预，有可能达到治疗相关疾病的目的。
重点分析
• GLUT1的三维晶体结构呈现经典的MFS家族折叠 方式----12个跨膜螺旋组成N端和C端两个结构域。 两个结构域之间的腔孔朝向胞内区，即该结构呈 现向内开放构象。而在结晶中用到的去污剂头部 恰好是葡萄糖苷，其结合位点与此前XylE中观测 到的葡萄糖结合位点基本重合，证实了MFS家族 具有单一结合位点。有趣的是，GLUT1在胞内可 溶区还具有一个由4个α螺旋组成的结构域（简称 ICH），这一序列只在MFS中的糖转运蛋白亚家族 中(Sugar Porter subfamily)观察到，因此ICH是属 于该家族蛋白的特有结构特征。
研究介绍
• 在研究这些同家族糖转运蛋白的结构与机理过程 中，她们对于MFS家族的工作机理有了深入了解， 分析出GLUT1结晶的瓶颈在于高度动态、结构不稳 定。针对这一问题，她们寻找可以将GLUT1锁定于 某一构象的致病突变体，同时利用低温结晶进一 步稳定蛋白构象，终于克服了GLUT1重组表达、纯 化结晶的一系列技术障碍，获得了GLUT1的晶体结 构。
葡萄糖转运蛋白GLUT体结构的 总结报告PPT
宏观评述 背景介绍
• 葡萄糖（D-glucose）是地球上包括从细菌到人类各种 生物已知最重要、最基本的能量来源，也是人脑和神 经系统最主要的供能物质。葡萄糖代谢的第一步就是 进入细胞：亲水的葡萄糖作为一种有机大分子不能自 由穿透疏水的脂质双层结构细胞膜进入细胞，其进出 细胞需要通过镶嵌于细胞膜上的葡萄糖转运蛋白 （glucose transporters）简称葡萄糖转运体（GLUT） 转运功能才能得以实现。其中一类属于主要协同转运 蛋白超家族（Major Facilitator Superfamily，简称 MFS）的转运蛋白是大脑、神经系统、肌肉、红细胞等 组织器官中最重要的葡萄糖转运蛋白（glucose
进行序列比对发现, 这些氨基酸残基在所有的糖转运蛋白中都十分保守, 说明 这个结构域在该家族中保守, 并发挥重要功能
二、 转运 机制
• 当XylE处在向胞外开放时, Asp27很容易被质子化, 质子化的天冬氨酸 会引起与它相互作用的氨基酸残基侧链发生构象变化, 与此同时, 底 物分子(木糖)可以进入底物结合位点; 与蛋白结合的底物分子可以诱 导蛋白发生较大构象变化, 使蛋白从向胞外开放变成向胞内开放; 随 后底物从蛋白上结合位点脱离, Asp27也去质子化, 此时构象变得不稳 定, 蛋白恢复向胞外开放状态. 如果Asp27不能去质子化, 即使底物从 蛋白脱离也不能使蛋白完成空转, 将稳定在向胞内开放状态.而GLUT1 是一个协助转运蛋白(uniporter/facilitator),它就像一直处于质子 化状态下的质子共转运蛋白. 底物结合和释放已经可以起到诱导蛋白 构象变化的作用, 不需要质子参与.
研究介绍 • 首先获得了GLUT1-4在大肠杆菌中的同源蛋白， XylE的结构。XylE在肠杆菌中负责将D-木糖以质 子依赖的方式同向转运进入细胞。它与人的 GLUT1-4蛋白有着高达50%的序列相似性，进化上 高度保守。细菌GLUT1–4同源物XylE分别与D-木 糖、D-葡萄糖和6-溴-6-脱氧-d-葡萄糖构成的三 种复合物的晶体结构，分辨率分别为2.8、2.9 和 2.6埃。其三维晶体结构中包含一个典型的由12个 跨膜片段和一个独特的四螺旋结构域构成的主要 协同转运蛋白超家族 (Major Facilitator Superfamily，MFS)折叠。 XylE被捕获在一个面向外（outward-facing）、 部分闭FS 超家族转运蛋白的结构特征MFS超家族的成员蛋 白大多由400~600个氨基酸残基组成, N和C端都位于胞 内. 蛋白二级结构预测提示其大多具有12次 -螺旋跨膜 结构域, 其他一些具有14或者24次 -螺旋的则可能是进 化过程中以12次跨膜 -螺旋为基础产生的. 这种独特的 折叠方式也被命名为“MFS fold”. 在“MFS fold”中, 12次 螺旋可以分为2个结构域: N端结构域和C端结构域. 每 个结构域都由6个 -螺旋组成, 虽然2个结构域中氨基酸 序列只有很低的序列同源性, 但从结构上观察2个结构域 呈现二次赝对称(two-fold psudosymmetry).同时MFS 超家族蛋白的结构和序列分析提示可能存在3次跨膜重 复构成的特性, 结构和功能分析都支持MFS蛋白每个结 构域都是以3+3反转重复(inverted 3+3 repeats)的组成.
价值意义
• 1、提供的结构和生物化学信息可为了解葡糖糖转 运蛋白和糖转运蛋白的功能和机制提供重要的框 架。
• 2、这一结构模型由于是以具有高度同源的XylE蛋 白的晶体结构为基础，比以往研究报道的结果更 为准确。利用GLUT1的晶体结构可以精确地定位与 疾病相关的突变氨基酸，揭示其致病机理。
• 3、在人类攻克癌症、糖尿病等重大疾病的探索道 路上迈出了极为重要的一步。