葡萄糖与氨基酸的跨膜转运机制

Ｓ Ｌ ： 葡 萄 糖 协 同 转 运 载 体 １ Ｇ Ｕ 葡 萄 糖 转 运 载 体 ２ Ｇ Ｔ １ Ｎａ／ ； Ｌ Ｔ ２：
１１１ 纹 状 缘 的 Ｎ Ｙ 萄糖 协 同转 运 载体 葡 萄 糖 由 ．． ａ葡 小 肠腔 转 运 到上 皮 细 胞 的过 程 需要 一 种 称 为 Ｎ ＋ 萄 ａ／ 葡
葡 萄糖 通 过 近端 肾小 管 刷状 缘 的机 制 与 通 过 小肠 上 皮 细胞 纹 状缘 的机 制 相 同 同样 是 与 Ｎ 同 地继 发 ａ协
氨 基 酸 与 葡 萄 糖 均 属 于 机 体 内 重 要 的 小 分 子 极 性 物 质 ， 样 不 能 自 由通 过 细 胞 膜 ， 要 细 胞 膜 上 相 同 需 应 的转 运 蛋 白 的协 助 其 转 运 机制 与 葡 萄 糖 相似 ， 包 也 括 与 Ｎ ＋ 同地 继 发 性 主 动 转 运 和 载 体介 导 的易 化 扩 ａ协 散 ２种 机 制 。 中 ， Ｎ 同 地继 发 性 主 动 转运 主要 其 与 ａ协 参 与 氨 基 酸 在 小 肠 纹 状 缘 和 肾小 管 刷 状 缘 的转 运 ； 载 体 介 导 的 易 化 扩 散 主要 参 与 全 身 组 织 细 胞 对 氨 基 酸 的摄取利用 ， 以及 小 肠 上 皮 细 胞 内和 肾小 管 上 皮 细 胞
糖浓 度 超 过 血 糖 浓 度后 ， 在 基底 膜 一 膜 Ｇ Ｕ 其 侧 Ｌ Ｔ ２的
协 助 下 由小 肠 上 皮 细 胞 内顺 浓 度 差 转 运 至 细 胞 间 隙 ， 随后通 过 毛细 ｍ管壁 进入 血 液循 环被 吸 收 。因此 ， 萄 １ ＿ 葡 糖通 过基 底膜一 膜 时所 需 的能量 来 源 于 自身 的浓 度势 侧 能， 不需 要 额外 消耗 Ａ Ｐ， 于载体 介导 的易 化扩 散 。 Ｔ 属 １２ 葡 萄 糖 的 重 吸 收— — 在 肾小 管 的 跨 膜 转 运 机 制 ． 葡萄 糖 只 在近 端 肾小 管 重 吸 收 ， 吸 收机 制 类 似 于 其 葡 萄 糖 在 消 化 道 的 吸 收 ， 是 参 与 的 载 体 亚 型 有 所 不 只
责 任 作 者
细 胞 内
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图 ３ ＧＬ Ｔ 转 运 葡 萄 糖 模 式 图 Ｕ
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生
物７年 第 ４ ２卷 第 ９期
随着 小 肠 腔 内 的 葡 萄 糖 不 断 转 运 至 小 肠 上 皮 细
胞 内 ， 胞 内 的 葡 萄糖 浓 度 不 断 升 高 ， 细 胞 内 葡 萄 细 当
是 Ｔ ｏｅ ｓ等 １ ８ ｈ ｒｎ ９ ８年 筛 选 克 隆 出 的 一 种 膜 蛋 白 ， 子 分
量 为 ６ × ０ ， 位 于 小 肠 上 皮 细 胞 的基 底 膜 一 膜 ． １ １ 定 侧 此 外 ， Ｌ Ｔ ２还 表 达 于 肝 脏 、 岛 细胞 和 肾小 管 。 Ｌ Ｔ Ｇ Ｕ 胰 Ｇ Ｕ ２转 运 葡 萄 糖 不 需 要 Ｎ ＋ 参 与。 特 异 性 较 低 ， 转 ａ的 其 除 运 葡 萄糖 外 ， 能 够 转 运 半 乳 糖 、 糖 等 。 还 果
国 ， 一 一
运 至细 胞 外 ， 同时 将 ２分 子 Ｋ 逆浓 度 差转 运 至 细胞 内 。 ＋ 因此 ， 萄糖 通 过 纹状 缘 时 ， Ｇ Ｔ ｌ 然 不 分 解 Ａ Ｐ 葡 Ｓ Ｌ 虽 Ｔ，
但 其 转 运 动 力 来 源 于 钠 泵 分 解 Ａ Ｐ所 形 成 的细 胞 内 Ｔ
内 的氨 基 酸 向 细胞 间隙 的转 运 。
性 主 动转 运 。由于基 底膜 一 膜上 钠 泵 的活 动 导致 肾小 侧 管 上 皮 细 胞 内 的低 Ｎ ＋ 境 ， ａ 由小 管 腔 内 向 肾 小 管 ａ环 Ｎ 上 皮 细 胞 内顺 浓 度 差 转 运 时 所 释 放 的浓 度 势 能 ， 给 供 葡 萄 糖 逆 浓 度差 由小 管 腔 进 入 肾小 管 上 皮 细 胞 。参 与 此 过 程 的转 运 载 体 是 Ｓ Ｌ Ｇ Ｔ ６种 亚 型 中 的 Ｓ Ｌ Ｇ Ｔ １和 Ｓ Ｌ ，其 中 以低 亲 和力 但 高 转 运 效 率 的 Ｓ Ｌ Ｇ Ｔ２ Ｇ Ｔ ２为 主 。此 外 ， 有 研 究 者 认 为 Ｓ Ｌ 也 Ｇ Ｔ ３可能 参 与 肾 小 管 刷 状 缘 的葡萄 糖跨 膜 转 运 。 进 入 肾小 管 上 皮 细 胞 的葡 萄 糖 通 过 基 底 膜 一 膜 侧 进 入细 胞 间 隙 的机 制 是 载 体 介 导 的 异 化 扩 散 ， 肾小 管 上 皮 细 胞 内 的 葡 萄 糖 顺 浓 度 梯 度 在 转 运 载 体 的 协 助 下转 运 至细 胞 间 隙 。 参与 此 过 程 的转 运 载体 是 Ｇ Ｕ Ｌ Ｔ１
糖 协 同转 运 载 体 （ ａ／ｌｃｓ ｏ ａ ｓｏｔｒ Ｇ Ｔ 的 参 Ｎ ＋ ｕ ｏｅｃｔ ｎｐ ｒ ， Ｌ ） ｇ ｒ ｅＳ
与 。 Ｇ Ｔ目前 发 现有 ６种 亚 型， 别命 名 为 Ｓ Ｌ － ， ＳＬ 分 Ｇ Ｔ Ｉ ６ 分 布 于 小 肠 参 与 葡 萄 糖 吸 收 的 是 Ｓ Ｌ 。 这 种 载 体 ＧＴｌ 最早发现于 ２ ０世 纪 ８ ０年 代 初 期 ， 存 在 于 小 肠 上 皮 是 细胞 纹 状 缘 的一 种 膜蛋 Ａ ， ｉ ｔ 在 １９ Ｗｒ ｈ 等 ｇ ９ ０年 前 后 从 家 兔 小 肠 上 皮 细 胞 的 ｃ Ｎ 文 库 中 筛 选 克 隆 出该 蛋 Ｄ Ａ 白 ， 子 量 约 为 ７ ｘ ０ ， 有 ６ ２个 氨 基 酸 残 基 ， 名 分 ３ １ｓ含 ６ 命 为 Ｓ Ｌ 。 载体 具 有 同 向转 运 Ｎ ＋ 葡 萄 糖 的 能 力 ， Ｇ Ｔ ｌ该 ａ和 能 够 同 时 结 合 小 肠 腔 内 的 ２分 子 Ｎ ＋ １分 子 葡 萄 ａ和
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２０ 年 第 ４ ０７ ２卷 第 ９期
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葡 萄糖 与氨基 酸 的跨 膜转 运机 制
糖
腾 旭 徐 国恒
１ 葡 萄 糖 的 跨 膜 转 运机 制
（ 京大 学部 理系 北 １ ０ ） 北 学医 生 京 ０ ８ ０３
葡 萄 糖 是 体 内最 主要 的 供 能 物 质 ． 因其 为 极 性 物 质 ． 能 自由通 过 细 胞 膜 ， 其 跨 膜 转 运 需 由 细 胞 膜 不 故 上 特殊 的蛋 白质 （ 体 ） 助 。 在机 体 内 的不 同部 位 ， 载 协 但 其 转 运 机 制 有 所 不 同 ， 面 分 别 介 绍 机 体 内 不 同部 位 下 葡 萄 糖 的跨 膜 转 运 机 制 。 １ １ 葡 萄糖 的 吸 收— — 在 消 化 道 的 跨 膜 转 运 机 制 ． 葡 萄 糖 主要 在 小肠 上 部 吸 收 ， 回肠 也 具 有 吸 收 葡 萄 糖 的 能力 ， 通 常 只 是 作 为 葡 萄糖 吸 收 的储 备 。 萄 糖 的 但 葡 吸 收 可 以人 为 分 为 ２个 步骤 ： 先 是 小 肠 腔 内 的 葡 萄 首 糖 通 过 纹状 缘 转 运 到小 肠 上 皮 细 胞 内 ． 随后 再 通 过 基 底膜 一 侧膜 由上 皮 细胞 内转 运 至 细胞 间 隙 ， 通过 毛 细血 管 吸收 （ １ 。 图 ）
糖 ， 将其 转 运 至小 肠 上 皮 细 胞 内（ ２ 。 并 图 ）
由于 消 化 液 的稀 释 作 用 ， 餐 一 段 时 间 后 ， 腔 进 肠 内 的葡 萄 糖 浓 度 能 够 降 低 至 ２ ｍｍ ｌ ， 于 小 肠 上 皮 ｏ／ 低 Ｌ 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 差 ， 能量 来 源 于 Ｎ ＋ 浓 度 差 转 运 时 提 供 的浓 度 势 此 ａ顺
细 胞 内的 Ｓ Ｉ Ｇ』 ２ Ｔ
Ａ： 细 胞 胞 外 不存 在 葡 萄 糖 时，ＧＩ 当 Ｓ １仅 转 运 Ｎ 入 细 胞 内： Ｔ ａ进 Ｂ： 细 胞 外 存 在 葡 萄 糖 时 ，Ｇ Ｔ １同时 转 运 Ｎ 葡 萄 糖 进 入 当 Ｓ Ｌ ａ和
细胞 内
一 ∞。
同 。葡 萄糖 在 近 端 肾小 管 的重 吸 收过 程 也 可 以 人 为地
素 敏 感 组 织 （ 脏 、 骼 肌 和 脂 肪 组 织 ） 胰 岛素 能 够 心 骨 。 刺激 Ｇ Ｕ Ｌ Ｔ ４由细 胞 内转 位 至细 胞 膜 ， 使细 胞 摄取 葡 萄 糖 的能 力 迅 速 提 高 １ ～ Ｏ倍 ，因此 ， Ｌ Ｔ ４可 能 成 为 Ｏ２ Ｇ Ｕ 糖 尿 病 的治 疗 靶 点 ， 目前 的研 究 热 点 之一 。需 要 注 是 意 的是 ，并 不 是 每个 ＧＬ Ｔ的亚 型 都 参 与葡 萄 糖 的跨 Ｕ 膜 转 运 ， 如 ， Ｌ Ｔ ５分 布 于 小 肠 ， 没 有 转 运 葡 萄 例 Ｇ Ｕ 但 糖 的 能 力 ， 是 参 与 果 糖 的跨 膜 转 运 ， 能 与 果 糖 在 而 可
小 肠 的吸 收 有 关 。 ２ 氨 基酸 的 跨膜 转 运 机 制
分 为 ２个 步 骤 ， 首先 是 肾小 管 内的 葡 萄 糖 通 过 刷 状 缘 进 入 肾小 管 上 皮 细 胞 内 ， 后 肾小 管 上 皮 细 胞 内 的 葡 随 萄 糖 通 过 基 底 膜一 膜 转 运 至 细 胞 间 隙 ，通 过 肾小 管 侧 周 围毛 细血 管 吸收 。
能。 小肠 腔 内 Ｎ ＋ ａ 的浓 度 约 为 １ ２ｍｍ ｌ 而 小 肠 上 皮 ４ ｏ／ Ｌ，
细 胞 外
细胞 内 的 Ｎ 度 仅 为 ５ ｏ／ ， ａ浓 ０ ｍｍ ｌ 因此 当 Ｎ ＋ 小 肠 Ｌ ａ从 腔顺 浓 度 差 向小 肠 上 皮 细 胞 内 转 运 时 ， 放 出其 储 备 释
小 肠 腔 小肠 上皮 细 胞 血管
一
图 ２ ＳＧ ＬＩ １转 运 葡 萄 糈 模 式 图
１ 结 合 点 面 向 细 胞 外 的 Ｓ Ｌ ： Ｓ Ｔ １于 细 胞 外 ２个 Ｎ ： Ｇ Ｔ １ ２：ＧＬ ａ 结 合 ； ： 合 了 ２个 Ｎａ的 Ｓ ３结 ＧＩ １在 与 细 胞 外 １分 子 葡 萄 糖 Ｔ 结 合 ； Ｓ Ｔ １通 过 构 象 改 变 将 Ｎ 葡 萄 糖 转 运 至 细 胞 内 ． ４：ＧＬ ａ和 葡 萄糖 与 Ｓ Ｌ Ｇ Ｔ １分 离 ； Ｎ Ｓ Ｌ 分 离 ； 结 合 点 面 向 ５： ａ与 Ｇ Ｔ １ ６：