Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Чувство питательных веществ - это способность клетки распознавать топливные субстраты, такие как глюкоза, и реагировать на них . Каждый тип топлива, используемого элементом, требует альтернативного пути использования и дополнительных молекул . Чтобы сохранить ресурсы, клетка будет производить только те молекулы, которые ей нужны в данный момент. Уровень и тип топлива, доступного клетке, будут определять тип ферментов, которые она должна экспрессировать из своего генома для использования. Рецепторы на поверхности клеточной мембраны, предназначенные для активации в присутствии определенных молекул топлива, связываются с ядром клетки посредствомкаскадные взаимодействия . Таким образом, клетка знает о доступных питательных веществах и может производить только молекулы, специфичные для этого типа питательных веществ.

Определение питательных веществ в клетках млекопитающих [ править ]

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 белков, чтобы реагировать на любые изменения. [1]

Рост клеток регулируется координацией как внеклеточных питательных веществ, так и внутриклеточных концентраций метаболитов. AMP-активированная киназа (AMPK) и мишень рапамицинового комплекса 1 у млекопитающих служат ключевыми молекулами, которые определяют клеточную энергию и уровни 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 наиболее важный прямой источник энергии. Гидролиз АТФ до АДФ и фосфата (или АМФ и пирофосфата ) обеспечивает энергию для большинства биологических процессов. Отношение АТФ к АДФ и АМФ является барометром энергетического статуса 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 [ править ]

Чувствительность к питательным веществам и передача сигналов являются ключевым регулятором эпигенетических механизмов при раке. Во время нехватки глюкозы датчик энергии AMPK активирует аргининметилтрансферазу CARM1 и опосредует гиперметилирование гистона H3 ( H3R17me2 ), что приводит к усилению аутофагии . Кроме того, O -GlcNAc трансфераза (OGT) сигнализирует о доступности глюкозы для TET3 и ингибирует TET3, снижая его активность диоксигеназы и способствуя его ядерному экспорту. Также известно, что OGT напрямую модифицирует гистоны с помощью O -GlcNAc . Эти наблюдения убедительно свидетельствуют о том, что передача сигналов питательных веществ напрямую нацелена на эпигенетические ферменты, чтобы контролировать эпигенетические модификации.[4]

Регулирование роста тканей посредством определения питательных веществ [ править ]

Чувствительность к питательным веществам - ключевой регулятор роста тканей. Основным медиатором восприятия клетками питательных веществ является протеинкиназа TOR (мишень рапамицина) . TOR получает информацию от уровней клеточных аминокислот и энергии и 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 [ править ]

Высшим растениям для завершения своего жизненного цикла требуется ряд важных питательных элементов. Минеральные питательные вещества в основном поступают корнями из ризосферы и затем распределяются по побегам. Чтобы справиться с ограничениями в питательных веществах, растения выработали набор сложных реакций, состоящих из механизмов восприятия и сигнальных процессов, позволяющих воспринимать внешние питательные вещества и адаптироваться к ним. [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 корневой колонизации почвенных участков, где питательных веществ много. Таким образом, растения воспринимают наличие внешних питательных веществ, таких как азот, и связывают это восприятие питательных веществ с соответствующей адаптивной реакцией.

Типы питательных веществ в растениях [ править ]

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] Небольшие количества других питательных микроэлементов 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 солнечной энергией способствуют развитию растений. [10]

Измерение азота [ править ]

Как одно из важнейших питательных веществ для развития и роста всех растений, чувствительность к азоту и сигнальная реакция жизненно важны для жизни растений. [11] Растения поглощают азот через почву в форме нитрата или аммиака . [12] В почве с низким уровнем кислорода аммиак является основным источником азота, но токсичность тщательно контролируется с помощью транскрипции переносчиков аммония (AMT). [12] 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, неспособные к метаболизму, все же способны ощущать ион . [13] Например, многие растения демонстрируют увеличение количества регулируемых нитратами генов в условиях низкого содержания нитратов и последовательную транскрипцию мРНК таких генов в почве с высоким содержанием нитратов. [13]Это демонстрирует способность определять концентрацию нитратов в почве без продуктов метаболизма нитратов и при этом проявлять последующие генетические эффекты. [13]

Определение калия [ править ]

Калий (K +), один из важнейших макроэлементов , содержится в почве растений. К + - самый распространенный катион, и его количество в растительной почве очень ограничено. Растения поглощают K + из почвы через каналы, которые находятся на плазматической мембране клеток корня. Калий не усваивается органическими веществами, как другие питательные вещества, такие как нитраты и аммоний, но служит основным осмотическим веществом. [14]

Регулирование приема пищи мозгом и кишечником [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  1. ^ Загорский, Ник. «Обнаружение 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, Volume 49, Issue 3, 379-387, 7 февраля 2013 г.
  3. ^ Юань, Хай-Синь (2013). «Определение питательных веществ, метаболизм и контроль роста клеток» (PDF) . Cell Press . Проверено 2 апреля 2013 года .
  4. ^ Ван Ю.П., Lei QY (2018). «Метаболическое перекодирование эпигенетики при раке» . Рак Коммуна (Лондон) . 38 (1): 25. DOI : 10,1186 / s40880-018-0302-3 . PMC 5993135 . PMID 29784032 .  
  5. ^ Hietakangas, V; Коэн, С.М. (2009). «Регулирование роста тканей через определение питательных веществ». Анну. Преподобный Жене . 43 : 389–410. DOI : 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. ^ «Как добраться до корня чувствительности к питательным веществам». Cell Press. (2010): п. страница. Интернет. 9 апреля 2013 г. http://phys.org/news195736788.html
  8. ^ "Датчик 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. ^ a b http://www.mhhe.com/biosci/genbio/raven6b/graphics/raven06b/other/raven06_39.pdf . Внешняя ссылка в |title=( помощь )
  11. ^ Kruok, 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. DOI : 10.1016 / j.devcel.2010.05.008 . PMID 20627075 . 
  12. ^ а б в г Хо, Чэн-Сюнь; Цай И-Фан (октябрь 2010 г.). «Зондирование и сигнализация нитратов, аммония и калия». Текущее мнение в биологии растений . 13 (5): 604–610. DOI : 10.1016 / j.pbi.2010.08.005 . PMID 20833581 . 
  13. ^ а б в г Коруцци, Глория М; Чжоу, Ли (2001-06-01). «Углеродное и азотное зондирование и передача сигналов в растениях: возникающие« матричные эффекты » ». Текущее мнение в биологии растений . 4 (3): 247–253. DOI : 10.1016 / s1369-5266 (00) 00168-0 .
  14. ^ Цуй, Сяофэн (2012). «Чувствительность к питательным веществам в растениях» . Молекулярный завод . 5 (6): 1167–1169. DOI : 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