Recordemos los tipos de transporte Recordemos los tipos de transporte. Podemos decir que la fuerza que dirige el paso de una molécula a través de una membrana es el potencial electroquímico de esa molécula. Esto es cierto cuando el paso o transporte se realiza en ausencia de acoplamiento a un donador de energía. Es el caso de la Difusión Simple y la Difusión Facilitada. Transporte Pasivo : No se requiere el acoplamiento a un donador de Energía. Difusión Simple o Pasiva : No requiere Proteínas que participen en el proceso Difusión Facilitada : Se requieren Proteínas que participan en el proceso. No se requiere el acoplamiento a un donador de Energía. Canales de iones Transportadores Transporte Activo : Se requieren Proteínas que participan en el proceso. Se requiere además el acoplamiento a un donador de Energía. 1. Primario 2. Secundario Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Difusión Facilitada : Se requieren Proteínas que participan en el proceso. No se requiere el acoplamiento a un donador de Energía. Canales de iones Transportadores Los Transportadores de membrana “Facilitan” el pasa de moléculas de un lado a otro de la membrana, y son proteínas integrales de membrana. Facilitan el paso de moléculas de una forma selectiva. Existen Transportadores específicos para cada sustancia o grupo de sustancias. Los Transportadores no existen únicamente en la membrana plasmática, existen también en las membranas de diferentes estructuras celulares como vesículas, retículo endoplásmico, etc. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Existen dos grupos de Transportadores de Glucosa : Vamos a estudiar un ejemplo típico, que nos interesa por su importancia en el metabolismo humano, como es el caso de los Transportadores “Pasivos” de Glucosa. Existen dos grupos de Transportadores de Glucosa : Transportadores “Pasivos” que median el transporte Facilitado de Glucosa, sin acoplamiento a un proceso Donador de Energía. Transportadores “Activos” que acoplan el transporte de Glucosa con otro proceso Donador de Energía. El primer grupo realiza el Transporte Facilitado de Glucosa en el organismo. Debemos considerar que todas las células del organismo consumen Glucosa, y por lo tanto deben existir Transportadores de Glucosa en todas ellas. También hay que resaltar que estos Transportadores de Glucosa realmente son Transportadores de Hexosas, porque también transportan otras hexosas. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4 y GLUT5 El Transporte Facilitado de Glucosa en el organismo humano es mediado por una familia de Transportadores que recibe el nombre de : SOLUTE CARRIER FAMILY 2 (FACILITATED GLUCOSE TRANSPORTER). Los distintos miembros de esta familia reciben el nombre de SLC2A seguido de un número ( ej. SLC2A1, SLC2A2, SLCA3 ….. ) En la práctica se usa el nombre de GLUCOSE TRANSPORTER ( GLUT ) seguida de un número ( ej. GLUT1, GLUT2 …. El Transporte Facilitado de Glucosa en el organismo humano es mediado por 5 Transportadores “principales” que reciben el nombre de : GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4 y GLUT5 Aunque se suele hablar únicamente de estos 5 Transportadores, la lista en humanos es más larga, habría que añadir los Transportadores : GLUT7, GLUT8 / GLUT12, GLUT9, GLUT10 / GLUT11), GLUT13 y GLUT14, Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

GLUT GLUT1 GLUT2 GLUT3 GLUT4 GLUT5 GLUT8 GLUT9 GLUT10 Expresión de GLUT en el organismo GLUT Células, Tejido, Órgano donde se expresa Otras características GLUT1 Eritrocitos y células endoteliales de cerebro GLUT2 Islotes b-pancreáticos, hígado membrana basolateral del enterocito GLUT3 Cerebro, nervio GLUT4 Tejido adiposo, músculo, corazón regulable GLUT5 Membrana luminal del enterocito, riñón Transporta fructosa GLUT8 testículos GLUT9 Riñón, hígado GLUT10 Hígado y pancreas Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Sitio de glicosilación Todos los miembros ce esta familia tienen una estructura semejante. Su dominio Transmembrana está formado por 12 alfa–hélices transmembrana. Sitio de glicosilación N-terminal C-terminal Estos Transportadores de glucosa son todos ellos glicoproteínas integrales de membrana, con tres dominios : Citosólico, Transmembrana y Extracelular Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Jmax [ S ] J = Km + [ S ] Cinética del Transporte mediado : El Transporte mediado se realiza mediante una cinética de Michaelis-Menten. Es decir, su cinética es saturable e hiperbólica. Lógicamente la ecuación de Michaelis-Menten tiene una forma de expresión diferente a la que hemos visto para las reacciones catalizadas por enzimas J = ____________ Jmax [ S ] Km + [ S ] Donde J es el flujo inicial, Jmax es el flujo máximo, Km es la Constante de Michaelis-Menten y S es el metabolito que es transportado. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Flujo [S] La cinética de la Difusión Simple es lineal La Cinética del Transporte Facilitado es saturable e hiperbólica Flujo Jmax J mM cm s-1 Jmax / 2 Km [S] Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

[S]int [S]ext T + Se TSe T + Si [S]ext [S]ext [S]int [S]int El Transporte facilitado requiere de la unión del Sustrato ( S ) al sitio de unión específico de un Transportador ( T ). [S]int [S]ext T + Se TSe T + Si [S]ext [S]ext [S]int [S]int Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Los Transportadores de Glucosa ( GLUT ) tienen un sitio de unión en su dominio extracelular y en su dominio citosólico, de tal forma que pueden mediar tanto la entrada como la salida de Glucosa de la célula. Glucosa Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Glucemia : Concentración de glucosa en sangre Durante las primeras 10 horas de ayuno la concentración de Glucosa en sangre permanece bastante estable. Normoglucemia : Concentración de Glucosa en sangre durante el ayuno se encuentra entre 80 mg / 100 ml y 110 mg / 100 ml ( 4.5 mM y 6.1 mM ) Hipoglucemia : Concentración de Glucosa en sangre durante el ayuno se encuentra por debajo de 70 mg / 100 ml ( 3.8 mM ) Hiperglucemia : Concentración de Glucosa en sangre durante el ayuno se encuentra por encima de 126 mg / 100 ml ( 7 mM ) Aumenta en Diabetes, Hipertiroidismo, Acromegalia, Tumores suprarenales …. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Control de secreción de Insulina en islotes por Glucosa Un incremento en la concentración intracelular de ATP hace que se una al Canal de K+ regulado por ATP, que pasa de la conformación Abierta a Cerrada. La Glucosa es convertida en Piruvato ( glucolisis ) y oxidada en las mitocondrias para producir ATP, que sale al citosol Un incremento en la concentración de Glucosa en sangre se refleja en el citosol de las células beta gracias al transportador GLUT2 El Cierre del Canal de K+ causa un cambio en el potencial de membrana, desde -70 mV hasta -50 mV DV GLUT2 secreción Vesículas de INSULINA La apertura del Canal de Ca++ voltaje-dependiente hace que se produzca una entrada masiva de Ca++ en el citosol. El Ca++ induce la secreción de Insulina. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Dr. Alfonso Martínez-Conde : Fotografía obtenida por Microscopía Confocal de Células beta-pancreaticas conteniendo vesículas cargadas de Insulina ( rojo ). Los núcleos en azul. Prohibida la reproducción sin permiso expreso del autor Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Vesícula de adipocito cargada de GLUT4 La translocación de GLUT4 en tejido adiposo, músculo y corazón es regulada por insulina GLUT4 Fusión de las vesículas Receptor de Insulina Vesícula de adipocito cargada de GLUT4 Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid