Näringsavkänning

Näringsavkänning är en cells förmåga att känna igen och svara på bränslesubstrat som glukos . Varje typ av bränsle som används av cellen kräver en alternativ väg för användning och tillbehörsmolekyler . För att spara resurser kommer en cell bara att producera molekyler som den behöver vid den tidpunkten. Nivån och typen av bränsle som är tillgängligt för en cell kommer att avgöra vilken typ av enzymer den behöver uttrycka från sitt genom för användning. Receptorer på cellmembranets yta utformade för att aktiveras i närvaro av specifika bränslemolekyler kommunicerar med cellkärnan via ett sätt att kaskadväxelverkan. På detta sätt är cellen medveten om de tillgängliga näringsämnena och kan endast producera de molekyler som är specifika för den näringstypen.

Näringsavkänning i däggdjursceller

En snabb och effektiv reaktion på störningar i näringsnivåerna är avgörande för överlevnaden av organismer från bakterier till människor. Celler har därför utvecklat en mängd molekylära vägar som kan känna av näringsämneskoncentrationer och snabbt reglera genuttryck och proteinmodifiering för att svara på eventuella förändringar.

Celltillväxt regleras genom koordinering av både extracellulära näringsämnen och intracellulära metabolitkoncentrationer. AMP-aktiverat kinas (AMPK) och däggdjursmål för rapamycinkomplex 1 fungerar som nyckelmolekyler som känner av cellulär energi respektive näringsnivåer.

• Samspelet mellan näringsämnen, metaboliter, genuttryck och proteinmodifiering är involverade i koordineringen av celltillväxt med extracellulära och intracellulära förhållanden.

Levande celler använder ATP som den viktigaste direkta energikällan. Hydrolys av ATP till ADP och fosfat (eller AMP och pyrofosfat ) ger energi för de flesta biologiska processer. Förhållandet mellan ATP och ADP och AMP är en barometer för cellulär energistatus och övervakas därför noga av cellen. I eukaryota celler fungerar AMPK som en viktig cellulär energisensor och en masterregulator av metabolism för att upprätthålla energihomeostas.

Näringsavkänning och epigenetik

Näringsavkänning och signalering är en nyckelregulator för epigenetiska maskiner i cancer. Under glukosbrist aktiverar energisensorn AMPK argininmetyltransferas CARM1 och förmedlar histon H3 hypermetylering ( H3R17me2 ), vilket leder till förbättrad autofagi . Dessutom O -GlcNAc-transferas (OGT) glukostillgänglighet till TET3 och hämmar TET3 genom att både minska dess dioxygenasaktivitet och främja dess nukleära export. OGT är också känt för att direkt modifiera histoner med O -GlcNAc . Dessa observationer tyder starkt på att näringssignalering direkt riktar sig mot epigenetiska enzymer för att kontrollera epigenetiska modifieringar.

Reglering av vävnadstillväxt genom näringsämnesavkänning

Näringsavkänning är en nyckelregulator för vävnadstillväxt. Den huvudsakliga mediatorn för cellulär näringsavkänning är proteinkinaset TOR (målet för rapamycin) . TOR tar emot information från nivåer av cellulära aminosyror och energi, och den reglerar aktiviteten hos processer som är involverade i celltillväxt, såsom proteinsyntes och autofagi. Insulinliknande signalering är huvudmekanismen för systemisk näringsavkänning och förmedlar dess tillväxtreglerande funktioner till stor del genom proteinkinasvägen. Andra näringsreglerade hormonella mekanismer bidrar till tillväxtkontroll genom att modulera aktiviteten av insulinliknande signalering.

Näringsavkänning i växter

Högre växter kräver ett antal viktiga näringsämnen för att fullborda sina livscykler. Mineralnäringsämnen förvärvas huvudsakligen av rötter från rhizosfären och distribueras därefter till skott. För att klara av näringsbegränsningar har växter utvecklat en uppsättning utarbetade svar som består av avkänningsmekanismer och signaleringsprocesser för att uppfatta och anpassa sig till extern näringstillgång.

• Växter får de mest nödvändiga näringsämnena genom att ta upp dem från jorden till sina rötter. Även om växter inte kan flytta till en ny miljö när tillgången på näringsämnen är mindre än gynnsam, kan de ändra sin utveckling för att gynna rotkolonisering av jordområden där näringsämnen är rikliga. Därför uppfattar växter tillgängligheten av externa näringsämnen, som kväve, och kopplar denna näringsavkänning till ett lämpligt adaptivt svar.

Typer av näringsämnen i växter

Kalium och fosfor är viktiga makronäringsämnen för grödor men är ofta bristfälliga på fältet. Mycket lite är känt om hur växter känner av fluktuationer i K och P och hur information om K- och P-tillgänglighet integreras på hela växtnivån i fysiologiska och metaboliska anpassningar. Mindre mängder andra mikronäringsämnen är också viktiga för grödans tillväxt. Alla dessa näringsämnen är lika viktiga för växtens tillväxt och brist på ett näringsämne kan resultera i dålig tillväxt av växten samt bli mer sårbara för sjukdomar eller kan leda till döden. Dessa näringsämnen tillsammans med CO ₂ och energi från solen hjälper till i växtens utveckling.

Kväveavkänning

Som ett av de mest livsviktiga näringsämnena för utveckling och tillväxt av alla växter, är kväveavkänning och signalsvar avgörande för att växter ska kunna leva. Växter tar upp kväve genom jorden i form av antingen nitrat eller ammoniak . I jord med låga syrehalter är ammoniak den primära kvävekällan, men toxiciteten kontrolleras noggrant med transkription av ammoniumtransportörer (AMT). Denna metabolit och andra inklusive glutamat och glutamin har visat sig fungera som en signal för lågt kväve genom reglering av kvävetransportörgentranskription. NRT1.1, även känd som CHL1, är nitrattransceptorn (transportör och receptor) som finns på plasmamembranet hos växter. Detta är både en transceptor med hög och låg affinitet som känner av varierande koncentrationer av nitrat beroende på dess T101-rest-fosforylering. Det har visat sig att nitrat också kan fungera som bara en signal för växter, eftersom mutanter som inte kan metabolisera fortfarande kan känna av jonen . Till exempel visar många växter ökningen av nitratreglerade gener under låg nitrathalt och konsekvent mRNA- transkription av sådana gener i jord med hög nitrathalt. Detta visar förmågan att känna av nitrathalter i jorden utan metaboliska produkter av nitrat och fortfarande uppvisa nedströms genetiska effekter.

Kaliumavkänning

Kalium (K+), ett av de väsentliga makronäringsämnena finns i växtjord. K+ är den mest förekommande katjonen och den är mycket begränsad i växtjord. Växter absorberar K+ från jorden genom kanaler som finns vid rotcellernas plasmamembran . Kalium assimileras inte i organiskt material som andra näringsämnen som nitrat och ammonium utan fungerar som ett stort osmotikum.

Hjärna och tarmreglering av matintag

Att upprätthålla en noggrann balans mellan lagrad energi och kaloriintag är viktigt för att säkerställa att kroppen har tillräckligt med energi för att underhålla sig själv, växa och engagera sig i aktivitet. Vid felaktig balansering kan fetma och dess åtföljande störningar uppstå.