Определение питательных веществ
Чувствительность к питательным веществам – это способность клеток распознавать и реагировать на такие топливные субстраты, как глюкоза . Каждый тип топлива, используемого клеткой, требует альтернативного пути использования и дополнительных молекул, таких как ферменты и кофакторы . Чтобы сохранить ресурсы, клетка будет производить только те молекулы, которые ей необходимы в данный момент. Уровень и тип топлива, доступного клетке, будут определять тип ферментов, которые ей необходимо экспрессировать из своего генома для использования. Рецепторы на поверхности клеточной мембраны , предназначенные для активации в присутствии определенных молекул топлива, связываются с ядром клетки посредством каскадных взаимодействий . Рецепторы питательных веществ — это рецепторы, которые в первую очередь предназначены для выполнения функции восприятия питательных веществ, тогда как другие рецепторы (например, рецепторы инсулина , рецепторы лептина ) в значительной степени многофункциональны и выполняют множество функций помимо восприятия питательных веществ. [ 1 ] Таким образом, клетка знает о доступных питательных веществах и способна производить только молекулы, специфичные для этого типа питательных веществ.
Чувствительность питательных веществ в клетках млекопитающих
[ редактировать ]Быстрая и эффективная реакция на нарушения уровня питательных веществ имеет решающее значение для выживания организмов, от бактерий до человека. 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. [ 2 ]
Рост клеток регулируется путем координации как внеклеточных питательных веществ, так и внутриклеточных концентраций метаболитов. AMP-активируемая киназа (AMPK) и мишень рапамицинового комплекса 1 млекопитающих служат ключевыми молекулами, которые определяют уровни 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. [ 3 ]
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. Соотношение АТФ, 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. [ 4 ]
Определение питательных веществ и эпигенетика
[ редактировать ]Восприятие питательных веществ и передача сигналов являются ключевым регулятором эпигенетического механизма при раке. Во время нехватки глюкозы энергетический сенсор 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 диоксигеназную активность и способствуя его ядерному экспорту. Также известно, что OGT напрямую модифицирует гистоны с помощью O -GlcNAc . Эти наблюдения убедительно подтверждают, что передача сигналов питательных веществ напрямую нацелена на эпигенетические ферменты для контроля эпигенетических модификаций. [ 5 ]
Регуляция роста тканей
[ редактировать ]Ощущение питательных веществ является ключевым регулятором роста тканей. Основным медиатором клеточного восприятия питательных веществ является протеинкиназа TOR (мишень рапамицина) . TOR получает информацию об уровнях 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 функции регулирования роста в основном через протеинкиназный путь. Другие гормональные механизмы, регулируемые питанием, способствуют контролю роста путем модуляции активности инсулиноподобной передачи сигналов. [ 6 ]
Определение питательных веществ у растений
[ редактировать ]Высшим растениям для завершения своего жизненного цикла требуется ряд необходимых питательных элементов. Минеральные питательные вещества в основном усваиваются корнями из ризосферы и в дальнейшем распределяются по побегам. Чтобы преодолеть ограничения в питательных веществах, растения выработали набор сложных реакций, состоящих из сенсорных механизмов и сигнальных процессов, позволяющих воспринимать и адаптироваться к доступности внешних питательных веществ. [ 7 ]
Растения получают большинство необходимых питательных веществ, забирая их из почвы корнями. Хотя растения не могут переселиться в новую среду, когда доступность питательных веществ менее благоприятна, они могут изменить свое развитие, чтобы способствовать колонизации корней участков почвы, где питательных веществ много. Таким образом, растения чувствуют наличие внешних питательных веществ, таких как азот, и связывают это восприятие питательных веществ с соответствующей адаптивной реакцией.
Виды питательных веществ в растениях
[ редактировать ]Калий (К + ) и фосфор (P + ) являются важными макроэлементами для сельскохозяйственных культур, но в поле их часто не хватает. Очень мало известно о том, как растения ощущают колебания концентрации K. + и П + и как такое восприятие интегрируется на организменном уровне в физиологические и метаболические адаптации. [ 8 ] [ 9 ] Меньшие количества других 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 к его уязвимости к болезням или к смерти. [ 10 ] Эти питательные вещества вместе с CO 2 и солнечной энергией способствуют развитию растения. [ 11 ] [ мертвая ссылка ]
Определение азота
[ редактировать ]Являясь одним из наиболее важных питательных веществ для развития и роста всех растений, восприятие азота и сигнальная реакция жизненно важны для жизни растений. [ 12 ] Растения поглощают азот через почву в виде нитратов или аммиака . [ 13 ] В почве с низким уровнем кислорода аммиак является основным источником азота, но токсичность тщательно контролируется с помощью транскрипции переносчиков аммония (АМТ). [ 13 ] Было показано, что этот метаболит и другие, включая глутамат и глютамин, действуют как сигнал о низком уровне азота посредством регуляции транскрипции гена-переносчика азота. [ 14 ] NRT1.1, также известный как CHL1, представляет собой трансцептор нитратов (переносчик и рецептор), обнаруженный на плазматической мембране растений. [ 13 ] Это трансцептор как с высоким, так и с низким сродством, который воспринимает различные концентрации нитрата в зависимости от фосфорилирования его остатка T101. [ 13 ] Было показано, что нитрат может действовать и просто как сигнал для растений, поскольку мутанты, не способные метаболизироваться, все же способны ощущать ион . [ 14 ] Например, у многих растений наблюдается увеличение количества генов, регулируемых нитратами, в условиях низкого содержания нитратов и постоянная транскрипция мРНК таких генов в почве с высоким содержанием нитратов. [ 14 ] Это демонстрирует способность определять концентрации нитратов в почве без продуктов метаболизма нитратов и при этом проявлять последующие генетические эффекты. [ 14 ]
Определение калия
[ редактировать ]Калий (K+), один из важнейших макроэлементов, содержится в почве растений. К+ является наиболее распространенным катионом, и его количество в растительной почве очень ограничено. Растения поглощают К+ из почвы через каналы, расположенные на плазматической мембране клеток корня. Калий не усваивается органическими веществами, как другие питательные вещества, такие как нитраты и аммоний , но служит основным осмотиком. [ 7 ]
Регуляция потребления пищи мозгом и кишечником
[ редактировать ]Поддержание тщательного баланса между запасенной энергией и потреблением калорий важно для обеспечения достаточного количества энергии для поддержания себя, роста и активности. При неправильном балансе может возникнуть ожирение и сопутствующие ему расстройства. [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ А. Нгуен, К.; Акиба, Ю.; Д. Кауниц, Дж. (1 января 2012 г.). «Последние достижения в области хемочувствительности кишечника к питательным веществам» . Современная медицинская химия . 19 (1): 28–34. дои : 10.2174/092986712803414033 . ПМЦ 4845632 .
- ^ Загорский, Ник. «Определение питательных веществ, передача сигналов и регулирование». Журнал биологической химии. (2010): н. страница. Веб. 9 апреля 2013 г. http://www.jbc.org/site/meeting2010/nutrient.
- ↑ Molecular Cell, том 49, выпуск 3, 379–387, 7 февраля 2013 г.
- ^ Юань, Хай-Синь (2013). «Определение питательных веществ, метаболизм и контроль роста клеток» (PDF) . Молекулярная клетка . 49 (3): 379–387. doi : 10.1016/j.molcel.2013.01.019 . ПМЦ 3587157 . ПМИД 23395268 . Проверено 2 апреля 2013 г.
- ^ Ван Ю.П., Лей Цюй (2018). «Метаболическое перекодирование эпигенетики рака» . Раковая коммуна (Лондон) . 38 (1): 1–8. дои : 10.1186/s40880-018-0302-3 . ПМЦ 5993135 . ПМИД 29784032 .
- ^ Хиетакангас, В; Коэн, С.М. (2009). «Регуляция роста тканей посредством определения питательных веществ». Анну. Преподобный Жене . 43 : 389–410. doi : 10.1146/annurev-genet-102108-134815 . ПМИД 19694515 .
- ^ Jump up to: а б Цуй, Сяофэн (2012). «Ощущение питательных веществ в растениях» . Молекулярный завод . 5 (6): 1167–1169. дои : 10.1093/mp/sss107 . ПМИД 23024206 .
- ^ Пресса, сотовый. «Понимание сути определения питательных веществ» . физ.орг . Проверено 30 декабря 2023 г.
- ^ Амтманн, Анна; Хаммонд, Джон П.; Арменго, Патрик; Уайт, Филип Дж. (1 января 2005 г.), «Определение питательных веществ и передача сигналов в растениях: калий и фосфор» , «Достижения в ботанических исследованиях» , «Включение достижений в патологию растений», том. 43, Academic Press, стр. 209–257 , получено 30 декабря 2023 г.
- ^ «Какие питательные вещества нужны растениям?» . Агро Сервисес Интернэшнл . 2002. Архивировано из оригинала 27 апреля 2021 года.
- ^ Поддержка высшего образования | Высшее образование Макгроу Хилл (PDF) .
- ^ Круок, Габриэль; Бенуа, Лакомб; Агнешка, Белах; Перрин-Уокер, Франсин; Малинская, Катерина; Мунье, Эммануэль; Хойерова, Клара; Тиллард, Паскаль; Леон, Сара; Люнг, Карин; Зазималова, Ева (15 июня 2010 г.). «Нитрат-регулируемый транспорт ауксина с помощью NRT1.1 определяет механизм определения питательных веществ у растений» . Развивающая клетка . 18 (6): 927–937. дои : 10.1016/j.devcel.2010.05.008 . ПМИД 20627075 .
- ^ Jump up to: а б с д Хо, Ченг-Сюнь; Цай, И-Фан (октябрь 2010 г.). «Обнаружение и передача сигналов нитратов, аммония и калия» . Современное мнение в области биологии растений . 13 (5): 604–610. дои : 10.1016/j.pbi.2010.08.005 . ПМИД 20833581 .
- ^ Jump up to: а б с д Коруцци, Глория М; Чжоу, Ли (1 июня 2001 г.). «Ощущение углерода и азота и передача сигналов в растениях: возникающие« матричные эффекты » ». Современное мнение в области биологии растений . 4 (3): 247–253. дои : 10.1016/s1369-5266(00)00168-0 . ПМИД 11312136 .
- ^ Дав, Алан (9 апреля 2009 г.). «Определение питательных веществ: как мозг и кишечник регулируют потребление пищи» . Дискуссионная группа по диабету и ожирению . Нью-Йоркская академия наук (NYAS).