Wykrywanie składników odżywczych

Wykrywanie składników odżywczych to zdolność komórki do rozpoznawania substratów paliwowych, takich jak glukoza , i reagowania na nie . Każdy rodzaj paliwa wykorzystywanego przez komórkę wymaga alternatywnej ścieżki wykorzystania i molekuł pomocniczych . Aby oszczędzać zasoby, komórka będzie wytwarzać tylko te cząsteczki, których potrzebuje w danym momencie. Poziom i rodzaj paliwa, które jest dostępne dla komórki, określi rodzaj enzymów , których potrzebuje ona do ekspresji ze swojego genomu do wykorzystania. Receptory na błonie komórkowej powierzchnia przeznaczona do aktywacji w obecności określonych cząsteczek paliwa komunikuje się z jądrem komórkowym za pomocą kaskadowych oddziaływań. W ten sposób komórka jest świadoma dostępnych składników odżywczych i jest w stanie wyprodukować tylko cząsteczki specyficzne dla tego typu składników odżywczych.

Wykrywanie składników odżywczych w komórkach ssaków

Szybka i skuteczna reakcja na zaburzenia poziomu składników odżywczych ma kluczowe znaczenie dla przetrwania organizmów, od bakterii po człowieka. W związku z tym komórki wyewoluowały wiele szlaków molekularnych, które mogą wykrywać stężenia składników odżywczych i szybko regulować ekspresję genów i modyfikację białek, aby reagować na wszelkie zmiany.

Wzrost komórek jest regulowany przez koordynację zarówno zewnątrzkomórkowych składników odżywczych, jak i wewnątrzkomórkowych stężeń metabolitów. Kinaza aktywowana przez AMP (AMPK) i ssaczy cel kompleksu rapamycyny 1 służą jako kluczowe cząsteczki, które odpowiednio wyczuwają energię komórkową i poziomy składników odżywczych.

• Wzajemne oddziaływanie między składnikami odżywczymi, metabolitami, ekspresją genów i modyfikacją białek jest zaangażowane w koordynację wzrostu komórek z warunkami zewnątrzkomórkowymi i wewnątrzkomórkowymi.

Żywe komórki wykorzystują ATP jako najważniejsze bezpośrednie źródło energii. Hydroliza ATP do ADP i fosforanu (lub AMP i pirofosforanu ) dostarcza energii dla większości procesów biologicznych. Stosunek ATP do ADP i AMP jest barometrem stanu energetycznego komórki i dlatego jest ściśle monitorowany przez komórkę. W komórkach eukariotycznych AMPK służy jako kluczowy czujnik energii komórkowej i główny regulator metabolizmu w celu utrzymania homeostazy energetycznej.

Wyczuwanie składników odżywczych i epigenetyka

Wykrywanie i sygnalizacja składników odżywczych jest kluczowym regulatorem maszynerii epigenetycznej w raku. Podczas niedoboru glukozy czujnik energii AMPK aktywuje metylotransferazę argininową CARM1 i pośredniczy w hipermetylacji histonu H3 ( H3R17me2 ), co prowadzi do zwiększonej autofagii . Ponadto transferaza O -GlcNAc (OGT) sygnalizuje dostępność glukozy dla TET3 i hamuje TET3 zarówno poprzez zmniejszanie aktywności dioksygenazy, jak i promowanie jej eksportu jądrowego. Wiadomo również, że OGT bezpośrednio modyfikuje histony za pomocą O -GlcNAc . Obserwacje te zdecydowanie sugerują, że sygnalizacja odżywcza jest bezpośrednio ukierunkowana na enzymy epigenetyczne w celu kontrolowania modyfikacji epigenetycznych.

Regulacja wzrostu tkanek poprzez wykrywanie składników odżywczych

Wyczuwanie składników odżywczych jest kluczowym regulatorem wzrostu tkanek. Głównym mediatorem komórkowego wykrywania składników odżywczych jest kinaza białkowa TOR (cel rapamycyny) . TOR odbiera informacje z poziomów aminokwasów i energii komórkowej oraz reguluje aktywność procesów związanych ze wzrostem komórek, takich jak synteza białek i autofagia. Sygnalizacja insulinopodobna jest głównym mechanizmem ogólnoustrojowego wykrywania składników odżywczych i pośredniczy w jej funkcjach regulujących wzrost, głównie poprzez szlak kinazy białkowej. Inne mechanizmy hormonalne regulowane przez odżywianie przyczyniają się do kontroli wzrostu poprzez modulowanie aktywności sygnalizacji insulinopodobnej.

Wyczuwanie składników odżywczych w roślinach

Wyższe rośliny wymagają szeregu niezbędnych składników odżywczych do ukończenia ich cykli życiowych. Składniki mineralne są pobierane głównie przez korzenie z ryzosfery , a następnie rozprowadzane do pędów. Aby poradzić sobie z ograniczeniami składników odżywczych, rośliny wyewoluowały zestaw skomplikowanych reakcji składających się z mechanizmów wykrywania i procesów sygnalizacyjnych, aby postrzegać i dostosowywać się do zewnętrznej dostępności składników odżywczych.

• Rośliny pobierają większość niezbędnych składników odżywczych z gleby do korzeni. Chociaż rośliny nie mogą przenieść się do nowego środowiska, gdy dostępność składników odżywczych jest mniej niż korzystna, mogą modyfikować swój rozwój, aby sprzyjać kolonizacji korzeni obszarów gleby, w których składniki odżywcze są obfite. Dlatego rośliny dostrzegają dostępność zewnętrznych składników odżywczych, takich jak azot, i łączą to wykrywanie składników odżywczych z odpowiednią reakcją adaptacyjną.

Rodzaje składników odżywczych w roślinach

Potas i fosfor są ważnymi makroelementami dla roślin uprawnych, ale często brakuje ich na polu. Niewiele wiadomo o tym, w jaki sposób rośliny wyczuwają wahania K i P oraz jak informacje o dostępności K i P są integrowane na poziomie całej rośliny z adaptacjami fizjologicznymi i metabolicznymi. Mniejsze ilości innych mikroelementów są również ważne dla wzrostu upraw. Wszystkie te składniki odżywcze są równie ważne dla wzrostu rośliny, a brak jednego składnika odżywczego może skutkować słabym wzrostem rośliny, a także większą podatnością na choroby lub może prowadzić do śmierci. Te składniki odżywcze wraz z _CO2 a energia słoneczna wspomaga rozwój rośliny.

Wykrywanie azotu

Jako jeden z najważniejszych składników odżywczych dla rozwoju i wzrostu wszystkich roślin, wykrywanie azotu i reakcja sygnalizacyjna są niezbędne do życia roślin. Rośliny pobierają azot przez glebę w postaci azotanów lub amoniaku . W glebie o niskim poziomie tlenu amoniak jest głównym źródłem azotu, ale toksyczność jest dokładnie kontrolowana za pomocą transkrypcji transporterów amonu (AMT). Wykazano, że ten metabolit i inne, w tym glutaminian i glutamina, działają jako sygnał niskiego poziomu azotu poprzez regulację transkrypcji genu transportera azotu. NRT1.1, znany również jako CHL1, jest transceptorem azotanów (transporterem i receptorem) występującym w błonie plazmatycznej roślin. Jest to zarówno transceptor o wysokim, jak i niskim powinowactwie, który wyczuwa różne stężenia azotanów w zależności od fosforylacji reszty T101. Wykazano, że azotany mogą od tego czasu działać tylko jako sygnał dla roślin mutanty niezdolne do metabolizowania wciąż są w stanie wyczuć jon . Na przykład wiele roślin wykazuje wzrost genów regulowanych azotanami w warunkach o niskiej zawartości azotanów i spójną mRNA takich genów w glebie bogatej w azotany. Pokazuje to zdolność do wykrywania stężeń azotanów w glebie bez metabolicznych azotanów i nadal wykazuje dalsze efekty genetyczne.

Wykrywanie potasu

Potas (K+), jeden z niezbędnych makroelementów , znajduje się w glebie roślin. K+ jest najobficiej występującym kationem i jest bardzo ograniczony w glebie roślinnej. Rośliny pobierają K+ z gleby przez kanały, które znajdują się w błonie plazmatycznej komórek korzeni. Potas nie jest asymilowany z materią organiczną, jak inne składniki odżywcze, takie jak azotany i amon , ale służy jako główny środek osmotyczny.

Regulacja spożycia pokarmu przez mózg i jelita

Utrzymanie starannej równowagi między zmagazynowaną energią a przyjmowanymi kaloriami jest ważne, aby zapewnić organizmowi wystarczającą ilość energii, aby się utrzymać, rosnąć i angażować się w aktywność. Przy niewłaściwym zbilansowaniu może dojść do otyłości i towarzyszących jej zaburzeń.