Определение питательных веществ - Википедия - Nutrient sensing

Чувствительность к питательным веществам это клетки способность распознавать и реагировать на топливные субстраты, такие как глюкоза. Каждый тип топлива, используемого элементом, требует альтернативного способа использования и дополнительных принадлежностей. молекулы. Чтобы сохранить ресурсы, клетка будет производить только те молекулы, которые ей нужны в данный момент. Уровень и тип топлива, доступного для ячейки, будет определять тип ферменты он должен выразить свое геном для утилизации. Рецепторы на клеточная мембрана поверхность, предназначенная для активации в присутствии определенных молекул топлива, сообщается с ядро клетки с помощью каскадные взаимодействия. Таким образом, клетка знает о доступных питательных веществах и способна производить только молекулы, специфичные для этого типа питательных веществ.

Определение питательных веществ в клетках млекопитающих

Быстрый и эффективный ответ на нарушение уровней питательных веществ имеет решающее значение для выживания организмов, от бактерий до людей. Таким образом, клетки развили множество молекулярных путей, которые могут определять концентрацию питательных веществ и быстро регулировать экспрессию генов и модификацию белка, чтобы реагировать на любые изменения.[1]

Рост клеток регулируется координацией как внеклеточных питательных веществ, так и внутриклеточных концентраций метаболитов. AMP-активированная киназа (AMPK) и млекопитающее-мишень рапамицинового комплекса 1 служат ключевыми молекулами, которые определяют уровень клеточной энергии и питательных веществ соответственно.

  • Взаимодействие между питательными веществами, метаболитами, экспрессией генов и модификацией белков участвует в координации роста клеток с внеклеточными и внутриклеточными условиями.[2]

Живые клетки используют АТФ как важнейший прямой источник энергии. Гидролиз АТФ до ADP и фосфат (или же AMP и пирофосфат ) обеспечивает энергией большинство биологических процессов. Отношение АТФ к АДФ и АМФ является барометром энергетического состояния клетки и поэтому строго контролируется клеткой. В эукариотических клетках AMPK служит ключевым сенсором клеточной энергии и главным регулятором метаболизма для поддержания энергетического гомеостаза.[3]

Определение питательных веществ и эпигенетика

Чувствительность к питательным веществам и передача сигналов - это ключевой регулятор эпигенетический техника в раке. При нехватке глюкозы датчик энергии AMPK активирует аргининметилтрансферазу. CARM1 и посредник гистон H3 гиперметилирование (H3R17me2), приводящее к усилению аутофагия. Кроме того, О-GlcNAc трансфераза (OGT) сигнализирует о доступности глюкозы для TET3 и ингибирует TET3, снижая его диоксигеназную активность и способствуя его ядерному экспорту. Также известно, что OGT напрямую модифицирует гистоны с помощью О-GlcNAc. Эти наблюдения убедительно свидетельствуют о том, что передача сигналов питательных веществ напрямую нацелена на эпигенетические ферменты, чтобы контролировать эпигенетические модификации.[4]

Регуляция роста тканей посредством определения питательных веществ

Чувствительность к питательным веществам - ключевой регулятор роста тканей. Основным медиатором восприятия клетками питательных веществ является протеинкиназа. TOR (мишень рапамицина). TOR получает информацию с уровней сотовой аминокислоты и энергия, и он регулирует активность процессов, участвующих в росте клеток, таких как синтез белка и аутофагия. Инсулиноподобная передача сигналов является основным механизмом системного восприятия питательных веществ и опосредует его регулирующие рост функции в значительной степени через протеинкиназный путь. Другие регулируемые питанием гормональные механизмы способствуют контролю роста, модулируя активность инсулиноподобной передачи сигналов.[5]

Определение питательных веществ в растениях

Высшим растениям для завершения своего жизненного цикла требуется ряд необходимых питательных элементов. Минеральные питательные вещества в основном получают корни из ризосфера и впоследствии распределяются по побегам. Чтобы справиться с ограничениями в питательных веществах, растения выработали набор сложных реакций, состоящих из механизмов восприятия и сигнальных процессов для восприятия и адаптации к доступности внешних питательных веществ.[6]

  • Растения получают самые необходимые питательные вещества, забирая их из почвы в свои корни. Хотя растения не могут переехать в новую среду, когда доступность питательных веществ менее чем благоприятна, они могут изменить свое развитие, чтобы способствовать заселению корнями участков почвы, где питательных веществ много. Следовательно, растения воспринимают наличие внешних питательных веществ, таких как азот, и связывают это восприятие питательных веществ с соответствующей адаптивной реакцией.

Типы питательных веществ в растениях

Калий и фосфор являются важными макроэлементами для сельскохозяйственных культур, но их часто не хватает на поле. Очень мало известно о том, как растения воспринимают колебания K и P и как информация о доступности K и P интегрируется на уровне всего растения в физиологические и метаболические адаптации.[7][8] Меньшее количество других микроэлементы также важны для роста урожая. Все эти питательные вещества одинаково важны для роста растения, и недостаток одного питательного вещества может привести к плохому росту растения, а также стать более уязвимым для болезней или может привести к смерти.[9][10] Эти питательные вещества вместе с CO2 и энергией солнца способствуют развитию растений.[10]

Измерение азота

Как одно из важнейших питательных веществ для развития и роста всех растений, азот чувствительность и сигнальная реакция жизненно важны для жизни растений.[11] Растения поглощают азот через почву в виде нитрат или же аммиак.[12] В почве с низким уровнем кислорода аммиак является основным источником азота, но токсичность тщательно контролируется с помощью транскрипции переносчиков аммония (AMT).[12] Было показано, что этот метаболит и другие, включая глутамат и глутамин, действуют как сигнал низкого уровня азота посредством регуляции транскрипции гена-переносчика азота.[13] NRT1.1, также известный как CHL1, представляет собой нитратный трансцептор (переносчик и рецептор), обнаруженный на плазматической мембране растений.[12] Это трансцептор с высоким и низким сродством, который воспринимает различные концентрации нитрата в зависимости от его фосфорилирования остатка T101.[12] Было показано, что нитраты также могут действовать как сигнал для растений, поскольку мутанты не способные к метаболизму, все еще способны ощущать ион.[13] Например, многие растения показывают увеличение регулируемых нитратами генов в условиях низкого содержания нитратов и постоянных мРНК транскрипция таких генов в почве с высоким содержанием нитратов.[13] Это демонстрирует способность определять концентрацию нитратов в почве без метаболический продукты нитратов и по-прежнему проявляют последующие генетические эффекты.[13]

Определение калия

Калий (K +), один из основных макроэлементы содержится в почве растений. K + - самый распространенный катион, и его количество в растительной почве очень ограничено. Растения поглощают K + из почвы через каналы, расположенные в плазматическая мембрана корневых клеток. Калий не усваивается органическими веществами, как другие питательные вещества, такие как нитрат и аммоний но служит главным осмотиком.[14]

Регулирование приема пищи мозгом и кишечником

Поддержание тщательного баланса между накопленной энергией и потреблением калорий важно для обеспечения того, чтобы организм имел достаточно энергии для поддержания себя, роста и участия в деятельности. При неправильном балансе может возникнуть ожирение и сопутствующие ему нарушения.[15]

Рекомендации

  1. ^ Загорский, Ник. «Определение питательных веществ, передача сигналов и регулирование». Журнал биологической химии. (2010): п. страница. Интернет. 9 апреля 2013 г. http://www.jbc.org/site/meeting2010/nutrient
  2. ^ Molecular Cell, том 49, выпуск 3, 379-387, 7 февраля 2013 г.
  3. ^ Юань, Хай-Синь (2013). «Определение питательных веществ, метаболизм и контроль роста клеток» (PDF). Cell Press. Получено 2 апреля 2013.
  4. ^ Ван Ю.П., Лей Цюйи (2018). «Метаболическое перекодирование эпигенетики при раке». Рак Коммунал (Лондон). 38 (1): 25. Дои:10.1186 / s40880-018-0302-3. ЧВК  5993135. PMID  29784032.
  5. ^ Хиетакангас, V; Коэн, С.М. (2009). «Регулирование роста тканей через определение питательных веществ». Анну. Преподобный Жене. 43: 389–410. Дои:10.1146 / annurev-genet-102108-134815. PMID  19694515.
  6. ^ Цуй, Сяофэн. «Чувствительность к питательным веществам в растениях». Молекулярный завод. (2013): п. страница. Интернет. 9 апреля 2013 г. http://mplant.oxfordjournals.org/content/early/2012/10/19/mp.sss107.full
  7. ^ «Знакомство с истоками восприятия питательных веществ». Cell Press. (2010): п. страница. Интернет. 9 апреля 2013 г. http://phys.org/news195736788.html
  8. ^ «Обнаружение питательных веществ и передача сигналов в растениях». ДОСТИЖЕНИЯ В БОТАНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ПАТОЛОГИИ РАСТЕНИЙ. 43. 49. Интернет. 9 апреля 2013 г.
  9. ^ "Какие питательные вещества нужны растениям?".
  10. ^ а б http://www.mhhe.com/biosci/genbio/raven6b/graphics/raven06b/other/raven06_39.pdf. Внешняя ссылка в | название = (помощь)
  11. ^ Круок, Габриэль; Бенуа, Лакомб; Агнешка, Белях; Перрин-Уокер, Франсин; Малинская, Катерина; Мунье, Эммануэль; Хойерова, Клара; Тиллард, Паскаль; Леон, Сара; Юнг, Карин; Зазималова, Ева (15 июня 2010 г.). «Регулируемый нитратами транспорт ауксина с помощью NRT1.1 определяет механизм восприятия питательных веществ в растениях». Клетка развития. 18 (6): 927–937. Дои:10.1016 / j.devcel.2010.05.008. PMID  20627075.
  12. ^ а б c d Хо, Чэн-Сюнь; Цай И-Фан (октябрь 2010 г.). «Зондирование и сигнализация нитратов, аммония и калия». Текущее мнение в области биологии растений. 13 (5): 604–610. Дои:10.1016 / j.pbi.2010.08.005. PMID  20833581.
  13. ^ а б c d Coruzzi, Gloria M; Чжоу, Ли (2001-06-01). «Зондирование и сигнализация углерода и азота в растениях: возникающие матричные эффекты'". Текущее мнение в области биологии растений. 4 (3): 247–253. Дои:10.1016 / с 1369-5266 (00) 00168-0.
  14. ^ Цуй, Сяофэн (2012). «Чувствительность к питательным веществам в растениях». Молекулярный завод. 5 (6): 1167–1169. Дои:10.1093 / mp / sss107. PMID  23024206.
  15. ^ Голубь, Алан. «Ощущение питательных веществ - как мозг и кишечник регулируют прием пищи». Дискуссионная группа по диабету и ожирению. (2009): п. страница. Интернет. 9 апреля 2013 г. http://www.nyas.org/Publications/EBriefings/Detail.aspx?cid=33314b16-1ba6-45a3-b463-a74001ea0448