葡萄糖与氨基酸的跨膜转运机制

葡萄糖与氨基酸的跨膜转运机制 ,,,, 年 第 ,,卷 第 ,期 生 物 学 通 报 葡 萄糖 与氨基 酸 的跨 膜转 运机 制 糖 腾 旭 徐 国恒 北 学医 生 京 , , ,, ( 京大 学部 理系 北 , , ) , 葡 萄 糖 的 跨 膜 转 运机 制 葡 萄 糖 是 体 内最 主要 的 供 能 物 质 (因其 为 极 性 物 不 故质 ( 能 自由通 过 细 胞 膜 ， 其 跨 膜 转 运 需 由 细 胞 膜 载 协 但上 特殊 的蛋 白质 ( 体 ) 助 。 在机 体 内 的不 同部 位 ， 下其 转 运 机 制 有 所 不 同 ， 面 分 别 介 绍 机 体 内 不 同部 位 葡 萄 糖 的跨 膜 转 运 机 制 。 ( , , 葡 萄糖 的 吸 收— — 在 消 化 道 的 跨 膜 转 运 机 制 一葡 萄 糖 主要 在 小肠 上 部 吸 收 ，回肠 也 具 有 吸 收 葡 萄 糖 图 , ,, ,， ,转 运 葡 萄 糈 模 式 图 但 葡的 能力 ， 通 常 只 是 作 为 葡 萄糖 吸 收 的储 备 。 萄 糖 的 : , , , ,:,, , , 结 合 点 面 向 细 胞 外 的 , , : , , ,于 细 胞 外 ,个 , 首吸 收 可 以人 为 分 为 ,个 步骤 : 先 是 小 肠 腔 内 的 葡 萄 ,结 ,， ,在 与 细 胞 外 ,分 子 葡 萄 糖 , 结 合 ; : 合 了 ,个 ,,的 , 糖 通 过 纹状 缘 转 运 到小 肠 上 皮 细 胞 内 (随后 再 通 过 基 ,:,, ,和 结 合 ; , , ,通 过 构 象 改 变 将 , 葡 萄 糖 转 运 至 细 胞 内 ( , , ,分 离 ; , , , 分 离 ; 结 合 点 面 向 葡 萄糖 与 , , ,: ,与 , , , ,:底膜 一侧膜 由上 皮 细胞 内转 运 至 细胞 间 隙 ，通过 毛 细血 ,』 , , 细 胞 内的 , ， 图 ) 管 吸收 ( , 。 当 , ,仅 转 运 , 入 细 胞 内: , ,: 细 胞 胞 外 不存 在 葡 萄 糖 时，,， ,进 小 肠 腔 小肠 上皮 细 胞 血管 当 , , ,和 ,: 细 胞 外 存 在 葡 萄 糖 时 ，, , ,同时 转 运 , 葡 萄 糖 进 入 细胞 内 此 而 的浓 度 势 能 ， 能 量 供 给 葡 萄糖 的逆 浓度 差 转 运 。 小 一 ?。 ,环 肠 上 皮 细胞 内低 , 境 的维 持 依 赖 于 上 皮 细 胞 基 底 侧 钠 , , 膜 一 膜 钠 泵 的活 动 ， 泵通 过分 解 三 磷 酸 腺 苷 ( , ) ,， ,环 提 供 能量 逆浓 度 差转 运 , ，维持 细 胞 内 的低 , ， 境 。 , ,逆 钠 泵 每 分 解 ,分 子 , ,能 够将 ,分 子 , 浓 度 差转 图 , 葡 萄 糈 在 小 肠 的 吸 收 过 程 一 一 国 ， 运 至细 胞 外 ， ， 同时 将 ,分 子 , 逆浓 度 差转 运 至 细胞 内 。 , , , ,,, ; , , ,: , , : 葡 萄 糖 协 同 转 运 载 体 , , , 葡 萄 糖 转 运 载 体 , 葡 , , 虽 ,， 因此 ， 萄糖 通 过 纹状 缘 时 ， , , , 然 不 分 解 , , (( ,葡,,, 纹 状 缘 的 , , 萄糖 协 同转 运 载体 葡 萄 糖 由 , 但 其 转 运 动 力 来 源 于 钠 泵 分 解 , ,所 形 成 的细 胞 内 ,, 葡小 肠腔 转 运 到上 皮 细 胞 的过 程 需要 一 种 称 为 , ， 萄 ,浓 外 , 度 势 能 储 备 ，故 葡 萄糖 在 纹 状 缘 的转 运 仍 然 , ， , ,,;, ,, , ， , ) , , ,,糖 协 同转 运 载 体 ( ,,,;, , , ,,,, , , 的 参 , 属 是 需要 消耗 , ,的 ， 于继 发 性 主 动 转 运 。 ,, 分 , , ， , 与 。 , ,目前 发 现有 ,种 亚 型， 别命 名 为 , , , ， (( 侧 , ,, 基 底 膜 一 膜 的 葡 萄 糖 转 运 载 体 葡 萄 糖 由 ,,,分 布 于 小 肠 参 与 葡 萄 糖 吸 收 的 是 , , 。 这 种 载 体 小 肠 上 皮 细 胞 内 转 运 至 细 胞 间 隙 需 要 葡 萄 糖 转 运 载 最早发现于 ,,世 纪 , 是 ,年 代 初 期 ， 存 在 于 小 肠 上 皮 (,;, , ,,, ， , ) , ,, 图 ) , ,, 体 , ,, ,,, ,, , , , ,, 的协助 ( , 。, , ,, , 等 , , ,年 前 后 从 细胞 纹 状 缘 的一 种 膜蛋 , ， , , 在 ,, , ,, , ,年 筛 选 克 隆 出 的 一 种 膜 蛋 白 ， 子 是 , ,, ,等 , , 分 , ,家 兔 小 肠 上 皮 细 胞 的 ; , 文 库 中 筛 选 克 隆 出该 蛋 , , 定 侧 此 量 为 , × , ， 位 于 小 肠 上 皮 细 胞 的基 底 膜 一 膜 ( 分 , ,,含 , 命白 ， 子 量 约 为 , , , ， 有 , ,个 氨 基 酸 残 基 ， 名 , , 胰 , , 外 ， , , ,还 表 达 于 肝 脏 、 岛 细胞 和 肾小 管 。 , , , , ,该 ,和 为 , , 。 载体 具 有 同 向转 运 , ， 葡 萄 糖 的 能 力 ， ,的 其 除 ,转 运 葡 萄 糖 不 需 要 , ， 参 与。 特 异 性 较 低 ， 转 ,和能 够 同 时 结 合 小 肠 腔 内 的 ,分 子 , ， ,分 子 葡 萄 还 果 运 葡 萄糖 外 ， 能 够 转 运 半 乳 糖 、 糖 等 。 并 图 ) 糖 ， 将其 转 运 至小 肠 上 皮 细 胞 内( , 。 进 肠 由于 消 化 液 的稀 释 作 用 ， 餐 一 段 时 间 后 ， 腔 ,, 低 ,内 的葡 萄 糖 浓 度 能 够 降 低 至 , ,, , ， 于 小 肠 上 皮 细 胞 外 细 胞 内葡萄糖 浓 度 。故葡 萄糖 由小肠 腔转 运 至上 皮细 胞 内 为逆 浓 度 差 转 运 ，需要 有 额 外 的 能 量 用 于 克 服浓 度 此 ,顺差 ， 能量 来 源 于 , ， 浓 度 差 转 运 时 提 供 的浓 度 势 能。 , 的浓 度 约 为 , ,,, , 而 小 肠 上 皮 小肠 腔 内 , ， , ,, ,， 细 胞 内 ,浓 , ,, , 因此 当 , ， 小 肠 ,细胞 内 的 , 度 仅 为 , ,, ， ,从 ? ? 释腔顺 浓 度 差 向小 肠 上 皮 细 胞 内 转 运 时 ， 放 出其 储 备 , 图 , ,, , 转 运 葡 萄 糖 模 式 图 责 任 作 者 生 物 学 通 报 , ,年 第 , ,, ,卷 第 ,期 随着 小 肠 腔 内 的 葡 萄 糖 不 断 转 运 至 小 肠 上 皮 细 心 骨 。 素 敏 感 组 织 ( 脏 、 骼 肌 和 脂 肪 组 织 ) 胰 岛素 能 够 细 当胞 内 ， 胞 内 的 葡 萄糖 浓 度 不 断 升 高 ， 细 胞 内 葡 萄 , , ,由细 胞 内转 位 至细 胞 膜 ， 刺激 , , 使细 胞 摄取 葡 萄 其 侧糖浓 度 超 过 血 糖 浓 度后 ， 在 基底 膜 一 膜 , , , , ,的 ,, , , 糖 的能 力 迅 速 提 高 , , ,倍 ，因此 ， , , ,可 能 成 为 协 助 下 由小 肠 上 皮 细 胞 内顺 浓 度 差 转 运 至 细 胞 间 隙 ， 是 糖 尿 病 的治 疗 靶 点 ， 目前 的研 究 热 点 之一 。需 要 注 随后通 过 毛细 ,管壁 进入 血 液循 环被 吸 收 。因此 ， 萄 ,, 葡 , 意 的是 ，并 不 是 每个 ,, ,的亚 型 都 参 与葡 萄 糖 的跨 糖通 过基 底膜一 膜 时所 需 的能量 来 源 于 自身 的浓 度势 侧 例 , , 但 膜 转 运 ， 如 ， , , ,分 布 于 小 肠 ， 没 有 转 运 葡 萄 能， , 属 不需 要 额外 消耗 , ,， 于载体 介导 的易 化扩 散 。 而 可 糖 的 能 力 ， 是 参 与 果 糖 的跨 膜 转 运 ， 能 与 果 糖 在 ,, 葡 萄 糖 的 重 吸 收— — 在 肾小 管 的 跨 膜 转 运 机 制 ( 小 肠 的吸 收 有 关 。 葡萄 糖 只 在近 端 肾小 管 重 吸 收 ， 吸 收机 制 类 似 于 其 , 氨 基酸 的 跨膜 转 运 机 制 葡 萄 糖 在 消 化 道 的 吸 收 ， 是 参 与 的 载 体 亚 型 有 所 不 只 氨 基 酸 与 葡 萄 糖 均 属 于 机 体 内 重 要 的 小 分 子 极 同 。葡 萄糖 在 近 端 肾小 管 的重 吸 收过 程 也 可 以 人 为地 同 需 性 物 质 ， 样 不 能 自 由通 过 细 胞 膜 ， 要 细 胞 膜 上 相 分 为 ,个 步 骤 ，首先 是 肾小 管 内的 葡 萄 糖 通 过 刷 状 缘 也 应 的转 运 蛋 白 的协 助 其 转 运 机制 与 葡 萄 糖 相似 ， 包 进 入 肾小 管 上 皮 细 胞 内 ， 后 肾小 管 上 皮 细 胞 内 的 葡 随 ,协 括 与 , ， 同地 继 发 性 主 动 转 运 和 载 体介 导 的易 化 扩 萄 糖 通 过 基 底 膜一 膜 转 运 至 细 胞 间 隙 ，通 过 肾小 管 侧 其 与 ,协 散 ,种 机 制 。 中 ， , 同 地继 发 性 主 动 转运 主要 周 围毛 细血 管 吸收 。 .