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GLUT1蛋白艺术效果图
GLUT1晶体很漂亮，是菱形的。晶体的尺寸很小，直径在50微米左右。
前不久，清华大学医学院颜宁教授的研究组解析出了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构，引起学术界的关注。什么是"人源葡萄糖转运蛋白"，它的结构又是如何得到的？
撰文/方 晨
2014年5月18日，清华大学医学院颜宁教授的研究组在《自然》(Nature）在线发表了题为"人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构"的研究论文，首次报道了这种蛋白的晶体结构。这篇文章6月5日在《自然》杂志正式发表。这个成果一经发表，很快就引起国际学术界的注意，被认为是一个"里程碑"式的成就。
"葡萄糖转运蛋白GLUT1"，这个名字听起来很专业，似乎与我们的日常生活关系不大，但实际上，这种蛋白却与我们的生命和健康息息相关。弄明白这个GLUT1到底是什么，我们也就知道研究它的结构有什么意义了。
葡萄糖:人体的能量来源
GLUT1是一种转运葡萄糖的蛋白。葡萄糖（glucose，化学式C6H12O6）我们都很熟悉，它是我们人体非常重要的一种能量来源。植物中的"多糖"如淀粉、纤维素等，其基本结构单元就是葡萄糖。动物体内储存能量的糖原，也和淀粉类似，是由葡萄糖分子连接在一起形成的，只不过分子链的分叉更多。我们吃下各种食物后，会将其中的淀粉、糖原等分解为一个个单个的葡萄糖。
葡萄糖在体内发生氧化反应，分解成二氧化碳和水，同时释放出能量供生命活动所需。因为能量是生命活动的根本，所以我们身体内的葡萄糖供应一旦出现问题，就会带来很多严重后果。对严重腹泻、呕吐、大量失血的病人，医院经常会注射葡萄糖注射液，以迅速补充水分和能量。参加大运动量的剧烈运动时，摄入葡萄糖也可以快速补充能量。体检时我们经常要测血糖，这是一个很重要的健康指标，而血糖浓度指的就是血液中葡萄糖的含量。
转运蛋白：葡萄糖进入细胞的通道
无论我们是直接摄入葡萄糖，还是食用淀粉、糖原等后将其分解为葡萄糖，这些葡萄糖分子都要进入到细胞里面，才能参与生物化学反应，释放出能量供人体使用。那么，葡萄糖是怎么穿过细胞膜进入细胞的呢？
细胞膜的主要功能是保护细胞，但它并不是将细胞内外完全隔绝，否则细胞的正常新陈代谢也就无法进行了。细胞膜具有一种神奇的功能，它可以有选择性地让参与新陈代谢的各种无机离子和有机物分子穿过。这种功能如果出了问题，就会带来一系列相关的疾病。
将近100年前，人们还认为这些小分子可能是直接穿过细胞膜的。后来，随着研究的深入，才发现这些物质要穿过细胞膜，需要某些特定组分的帮助。
我们知道，细胞膜主要由磷脂双分子层组成，膜的两侧是亲水的，内部则是疏水的。而人体内，特别是细胞内，大多是水溶液的环境，很多生命活动所需要的小分子物质都是亲水性的。这些亲水性的分子想要直接穿过疏水的细胞膜非常困难，所以就需要在细胞膜上建立一些特殊的通道，将这些重要的小分子运送通过细胞膜。其中，转运葡萄糖的通道，是研究得最早的一类通道。现在我们知道，这些转运葡萄糖的一条条通道，实际上就是一个个蛋白质分子。
在细胞膜上镶嵌着的一个个蛋白，称为膜蛋白。不同种类的膜蛋白具有不同的功能。科学家发现，从低等生物如细菌到高等生物如人类，都拥有一大类非常重要的膜蛋白，叫做主要协同转运蛋白超家族（Major Facilitator Superfamily，简称MFS），它们的共同特点就是能在细胞膜的内外运送一些小分子的物质。这个MFS蛋白家族很大，有超过一万个成员。
其中，有一类蛋白是专门转运葡萄糖的，这就是本文的主角，葡萄糖转运蛋白（glucose transporters，简称GLUTs）。由于葡萄糖是能量的重要来源，所以哺乳动物的细胞中都有葡萄糖转运蛋白。1977年，科学家从人体红细胞提纯分离出了参与葡萄糖转运的膜蛋白。1985年，美国生物学家哈维·洛迪什（Harvey Lodish）等首先克隆出了GLUT1基因，我们也由此知道了GLUT1是由492个氨基酸组成的，还知道了这些氨基酸排列的次序。
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