Tápanyag -érzékelés - Nutrient sensing
A tápanyag -érzékelés a sejtek azon képessége, hogy felismerje és reagáljon az üzemanyag -szubsztrátokra, például a glükózra . A cella által használt üzemanyag -típusok mindegyike alternatív hasznosítási utat és kiegészítő molekulákat igényel . Az erőforrások megőrzése érdekében a sejt csak olyan molekulákat állít elő, amelyekre éppen szüksége van. A sejt számára rendelkezésre álló üzemanyag szintje és típusa határozza meg, hogy milyen enzimeket kell kifejeznie a genomjából a hasznosításhoz. A sejtmembrán felületén lévő receptorok , amelyeket meghatározott üzemanyagmolekulák jelenlétében aktiválnak , lépcsőzetes kölcsönhatások útján kommunikálnak a sejtmaggal . Ily módon a sejt tisztában van a rendelkezésre álló tápanyagokkal, és csak az adott tápanyagtípusra specifikus molekulákat képes előállítani.
Tápanyag -érzékelés emlőssejtekben
A tápanyagszintek zavaraira adott gyors és hatékony válasz elengedhetetlen a szervezetek baktériumoktól az emberekig való túléléséhez. A sejtek ezért számos olyan molekuláris útvonalat fejlesztettek ki, amelyek érzékelik a tápanyag -koncentrációt, és gyorsan szabályozzák a génexpressziót és a fehérje módosítását, hogy reagáljanak a változásokra.
A sejtek növekedését az extracelluláris tápanyagok és az intracelluláris metabolitkoncentrációk összehangolása szabályozza. Az AMP-aktivált kináz (AMPK) és a rapamicin-komplex 1 emlős célpontja kulcsmolekulákként szolgál, amelyek érzékelik a sejtek energia- és tápanyagszintjét.
- A tápanyagok, a metabolitok, a génexpresszió és a fehérje módosítása közötti kölcsönhatás részt vesz a sejtnövekedés koordinálásában az extracelluláris és az intracelluláris állapotokkal.
Az élő sejtek az ATP -t használják a legfontosabb közvetlen energiaforrásként. Az ATP hidrolízise ADP -vé és foszfáttá (vagy AMP -vé és pirofoszfáttá ) hidrolízissel energiát biztosít a legtöbb biológiai folyamathoz. Az ATP, az ADP és az AMP aránya a sejt energiaállapotának barométere, ezért a sejt szorosan ellenőrzi. Az eukarióta sejtekben az AMPK kulcsfontosságú sejtenergia -érzékelőként és az anyagcsere fő szabályozójaként szolgál az energia -homeosztázis fenntartásához.
Tápanyag -érzékelés és epigenetika
A tápanyag -érzékelés és -jelzés a rákos epigenetikai gépek kulcsfontosságú szabályozója . A glükózhiány alatt az AMPK energiaérzékelő aktiválja a CARM1 arginin -metiltranszferázt, és közvetíti a H3 hiszton hipermetilációt ( H3R17me2 ), ami fokozott autofágia kialakulásához vezet . Ezenkívül az O -GlcNAc transzferáz (OGT) jelzi a glükóz hozzáférhetőségét a TET3 -hoz, és gátolja a TET3 -t, csökkentve dioxigén -aktivitását és elősegítve a nukleáris exportját. Az OGT -ről is ismert, hogy közvetlenül módosítja a hisztonokat O -GlcNAc -vel . Ezek a megfigyelések határozottan arra utalnak, hogy a tápanyag -jelzés közvetlenül az epigenetikus enzimeket célozza meg az epigenetikai módosítások szabályozása érdekében.
A szövetek növekedésének szabályozása a tápanyag -érzékelés révén
A tápanyag -érzékelés a szövetek növekedésének legfontosabb szabályozója. A sejtek tápanyag -érzékelésének fő közvetítője a TOR protein -kináz (a rapamicin célpontja) . A TOR információt kap a sejtek aminosav- és energiaszintjétől, és szabályozza a sejtnövekedésben résztvevő folyamatok, például a fehérjeszintézis és az autofágia aktivitását. Az inzulinszerű jelátvitel a szisztémás tápanyag-érzékelés fő mechanizmusa, és növekedési szabályozó funkcióit nagyrészt a protein-kináz útján közvetíti. Más, táplálkozással szabályozott hormonális mechanizmusok hozzájárulnak az inzulinszerű jelátvitel aktivitását moduláló növekedésszabályozáshoz.
Tápanyag -érzékelés a növényekben
A magasabb rendű növények számos alapvető tápanyagot igényelnek életciklusuk befejezéséhez. Az ásványi tápanyagokat főleg a gyökerek nyerik a rizoszférából , majd a hajtásokba osztják. A tápanyagkorlátozások kezelésére a növények kidolgoztak egy komplex választ, amely érzékelő mechanizmusokból és jelzőfolyamatokból áll, hogy érzékelje és alkalmazkodjon a külső tápanyag -hozzáférhetőséghez.
- A növények a legtöbb szükséges tápanyagot a talajból a gyökereikbe felvéve szerezik be. Bár a növények nem tudnak új környezetbe költözni, ha a tápanyagok rendelkezésre állása kedvezőtlenebb, módosíthatják fejlődésüket, hogy előnyösek legyenek azokban a talajterületekben, ahol a tápanyag bőséges. Ezért a növények érzékelik a külső tápanyagok, például a nitrogén elérhetőségét, és ezt a tápanyagérzékelést megfelelő adaptív válaszhoz kapcsolják.
Tápanyagok típusai a növényekben
A kálium és a foszfor fontos makroelemek a növények számára, de gyakran hiányosak a területen. Nagyon keveset tudunk arról, hogy a növények hogyan érzékelik a K és P ingadozásait, és hogyan integrálódnak a K és P elérhetőségére vonatkozó információk a növény egész szintjén a fiziológiai és anyagcsere -adaptációkba. Kisebb mennyiségű egyéb mikroelem is fontos a termés növekedéséhez. Mindezek a tápanyagok ugyanolyan fontosak a növény növekedése szempontjából, és egy tápanyag hiánya a növény rossz növekedését, valamint a betegségekre való érzékenyebbé válását vagy halálhoz vezethet. Ezek a tápanyagok, a CO2 és a napból származó energia hozzájárulnak a növény fejlődéséhez.
Nitrogén érzékelés
Mint a növények fejlődésének és növekedésének egyik legfontosabb tápanyaga, a nitrogénérzékelés és a jelzőválasz létfontosságú a növények életéhez. Növények elnyelik keresztül nitrogént a talajban a formájában vagy nitrát , vagy ammóniával . Az alacsony oxigénszintű talajban az ammónia az elsődleges nitrogénforrás, de a toxicitást gondosan ellenőrzik az ammónium -transzporterek (AMT) transzkripciójával. Ez a metabolit és mások, beleértve a glutamátot és a glutamint, kimutatták, hogy az alacsony nitrogénszint jelzőjeként hatnak a nitrogénszállító transzkripció szabályozása révén. Az NRT1.1, más néven CHL1 a nitrát transzceptor (transzporter és receptor), amely a növények plazmamembránján található. Ez egy magas és alacsony affinitású transzceptor, amely a T101 maradék foszforilációjától függően különböző nitrátkoncentrációkat érzékel. Kimutatták, hogy a nitrát csak jelként is szolgálhat a növények számára, mivel a metabolizálásra képtelen mutánsok még mindig képesek érzékelni az ionokat . Például sok növény azt mutatja, hogy a nitrát által szabályozott gének növekedése alacsony nitrát körülmények között történik, és az ilyen gének következetes mRNS transzkripciója a magas nitráttartalmú talajban. Ez azt mutatja, hogy képes érzékelni a nitrát talajkoncentrációkat a nitrát metabolikus termékei nélkül , és továbbra is genetikai hatásokat mutat.
Kálium érzékelés
A kálium (K+), az egyik alapvető makroelem , megtalálható a növényi talajban. A K+ a legelterjedtebb kation, és nagyon korlátozott a növényi talajban. A növények a gyökérsejtek plazmamembránján található csatornákon keresztül felszívják a K+ -t a talajból . A kálium nem asszimilálódik szerves anyaggá, mint más tápanyagok, például a nitrát és az ammónium, hanem fő ozmotikumként szolgál.
A táplálékbevitel agy- és bélszabályozása
Fontos a gondos egyensúly fenntartása a tárolt energia és a kalóriabevitel között annak biztosítása érdekében, hogy a szervezetnek elegendő energiája legyen önmagának fenntartásához, növekedéséhez és tevékenységhez. Nem megfelelő egyensúly esetén az elhízás és a vele járó rendellenességek következményei lehetnek.