葡萄糖转运蛋白GLUT体结构的总结报告课件.pptx

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1、葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构宏观评述重点分析一、背景介绍一、结构特征二、研究介绍二、转运机制三、价值意义宏观评述葡萄糖（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（glucosetransporters）简称葡萄糖转运体（GLUT）转运功能才能得以实现。其中一类

2、属于主要协同转运蛋白超家族（MajorFacilitatorSuperfamily，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（glucosetransporters，简称GLUTs）。背景介绍(1)GLUT1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)GLUT1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

3、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。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

4、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）、部分闭合的构象中。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

5、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。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

6、道路上迈出了极为重要的一步。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(SugarPortersubfamily)观察到

7、，因此ICH是属于该家族蛋白的特有结构特征。一、结构特征MFS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“MFSfold”.在“MFSfold”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

8、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-foldpsudosymmetry).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(inverted3+3repeats)的组成.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