Il glucosio è uno zucchero semplice, proveniente dai carboidrati, che il metabolismo energetico può convertire in energia tramite la glicolisi. La glicolisi avviene nel citosol, parte interna della cellula, mentre il glucosio è disponibile nel plasma e non riesce a passare attraverso la membrana cellulare da solo. Per questo servono specifici trasportatori che mediano e facilitato l’ingresso della molecola di glucosio all’interno della cellula. La proteina GLUT4 è una della famiglia dei trasportatori di glucosio. 

A supporter fatto che tutti i trasportatori di membrana sono importanti per l’assorbimento e l’omeostasi del glucosio, vengono due linee di evidenza:

1. Le fibre rosse di tipo I ossidative e le fibre di tipo IIA più sensibili all’insulina e con un maggior tasso di trasportatori di glucosio rispetto alle fibre bianche di tipo IIB.
2. Le fibre rosse hanno anche un elevato contenuto di trasportatori proteici GLUT4 rispetto alle fibre bianche, dimostrando una relazione tra il numero totale di trasportatori di glucosio e il massimo tasso di trasporto. (1)

Negli ultimi anni è stato dimostrato che la traslocazione di GLUT4 e, a sua volta, l’assorbimento del glucosio sono stimolati dall’insulina e dalle contrazioni muscolari. I particolare ciò accade attraverso diverse “cascate”, ossia meccanismi consecutivi e ripetuti,  di segnalazione. È stato anche stabilito che GLUT4 si sposta dai depositi vescicolari intracellulari ai due distinti domini della membrana plasmatica: i tubuli t (una rete di membrana plasmatica specializzata) e il sarcolemma (la membrana plasmatica propriamente detta) (2,3,4). Una volta inserito nelle membrane plasmatiche, GLUT4 può trasportare le molecole di glucosio attraverso la barriera transmembrana nella fibra muscolare, poi, al termine della stimolazione, GLUT4 si risposta dalle superfici della membrana all’interno dei depositi di stoccaggio basali.

L’esercizio fisico influenza l’espressione di un numero di geni nel muscolo scheletrico, incluso il  GLUT 4. Alcune vie del segnale di trascrizione sono implicate nella mediazione degli effetti regolatori dell’esercizio sull’espressione genica. Le probabili vie coinvolte nella mediazione della trascrizione genetica del GLUT4 indotta dall’esercizio sono relativi alle concentrazioni intracellulari di calcio e alla carica energetica del muscolo. Alcuni di questi percorsi lavorano insieme per generare la trascrizione del fattore favorevole all’espressione del GLUT4. (1).

Il trasportatore del glucosio GLUT4 è dunque fondamentale per l’assorbimento del glucosio nei muscoli scheletrici in risposta all’insulina e alla contrazione durante l’esercizio muscolare. L’esercizio aumenta la traslocazione di GLUT4 sia al sarcolemma, che al tubulo T e ciò comporta, se l’esercizio è svolto a lungo termine e con fasi intense, l’aumento del  contenuto proteico totale di GLUT4 (5).

Un ultima ricerca nel campo della modalità di azione e traslocazione del GLUT 4 (6) dimostrano come l’esercizio negli esseri umani com porti un aumento dell’assorbimento del glucosio muscolare fino a 100 volte rispetto alla situazione di riposo e tale aumento dipende dall’intensità e dalla durata dell’esercizio. Il GLUT4 è necessario nell’esercizio per aumentare l’assorbimento del glucosio muscolare, ma gli studi mostrano solo un aumento approssimativo di due volte nella traslocazione di GLUT4 alla membrana delle cellule muscolari durante la transizione dal fase di riposo a quella di esercizio. Pertanto, c’è una grande discrepanza tra l’aumento dell’assorbimento di glucosio e la traslocazione di GLUT4. Probabilmente perchè i metodi per la misurazione della traslocazione di GLUT4 nel muscolo sottostimano grossolanamente la reale traslocazione di GLUT4 o l’attività intrinseca di GLUT4 aumenta nel muscolo durante l’esercizio, forse a causa dell’aumento della temperatura muscolare e/o degli effetti meccanici durante i cicli di contrazione/rilassamento . 

Riferimenti

1. MacLean, Paul S.; Zheng, Donghai; Dohm, Lynis G. “Muscle Glucose Transporter (GLUT 4) Gene Expression during Exercise”. Exercise and Sport Sciences Reviews: October 2000 – Volume 28 – Issue 4 – p 148-152
2. Marette A, Burdett E, Douen A, Vranic M, Klip A. “Insulin induces the translocation of GLUT4 from a unique intracellular organelle to transverse tubules in rat skeletal muscle”. Diabetes. 1992; 41: 1562–9. 
3. Patki V, Buxton J, Chawla A, et al. “Insulin action on GLUT4 traffic visualized in single 3T3-L1 adipocytes by using ultra-fast microscopy”. Mol. Biol. Cell. 2001; 12: 129–41.
4. Ploug T, vanDeurs B, Ai H, Cushman SW, Ralston E. “Analysis of GLUT4 distribution in whole skeletal muscle fibers: identification of distinct storage compartments that are recruited by insulin and muscle contractions”. J. Cell. Biol. 1998; 142: 1429–46.
5. Marcelo Flores-Opazo, Sean L McGee, Mark Hargreaves. “Exercise and GLUT4”. Review – Exerc Sport Sci Revaction. 2020 Jul;48(3):110-118. doi: 10.1249/JES.0000000000000224.
6. Erik A Richter. “Is GLUT4 translocation the answer to exercise-stimulated muscle glucose uptake?” Am J Physiol Endocrinol Metabactions. 2021 Feb 1;320(2):E240-E243. doi: 10.1152/ajpendo.00503.2020. Epub 2020 Nov 9. DOI: 10.1152/ajpendo.00503.2020