Hispanopedia WikiLa detección de nutrientes es la capacidad de una célula para reconocer y responder a sustratos energéticos como la glucosa . Cada tipo de combustible utilizado por la célula requiere una vía de utilización alternativa y moléculas accesorias como enzimas y cofactores . Para conservar recursos, una célula solo producirá las moléculas que necesita en ese momento. El nivel y el tipo de combustible disponible para una célula determinarán el tipo de enzimas que necesita expresar de su genoma para su utilización. Los receptores en la superficie de la membrana celular , diseñados para activarse en presencia de moléculas de combustible específicas, se comunican con el núcleo celular mediante interacciones en cascada . Los receptores de nutrientes son receptores diseñados principalmente para realizar la función de detección de nutrientes, mientras que otros receptores (por ejemplo, receptores de insulina , receptores de leptina ) son multifuncionales y realizan muchas funciones además de la detección de nutrientes. [ 1 ] De esta manera, la célula es consciente de los nutrientes disponibles y puede producir solo las moléculas específicas para ese tipo de nutriente.
Detección de nutrientes en células de mamíferos
Una respuesta rápida y eficiente a las alteraciones en los niveles de nutrientes es crucial para la supervivencia de los organismos, desde bacterias hasta humanos. Por lo tanto, las células han desarrollado una gran cantidad de vías moleculares que pueden detectar las concentraciones de nutrientes y regular rápidamente la expresión génica y la modificación de proteínas para responder a cualquier cambio. [ 2 ]
El crecimiento celular está regulado por la coordinación de las concentraciones de nutrientes extracelulares y metabolitos intracelulares. La quinasa activada por AMP (AMPK) y el complejo 1 de la diana de rapamicina en mamíferos (mTORC1) actúan como moléculas clave que detectan los niveles de energía y nutrientes celulares, respectivamente.
- La interacción entre nutrientes, metabolitos, expresión génica y modificación de proteínas está involucrada en la coordinación del crecimiento celular con las condiciones extracelulares e intracelulares. [ 3 ]
Las células vivas utilizan el ATP como la fuente de energía directa más importante. La hidrólisis del ATP a ADP y fosfato (o AMP y pirofosfato ) proporciona energía para la mayoría de los procesos biológicos. La relación entre ATP, ADP y AMP es un indicador del estado energético celular y, por lo tanto, la célula la monitoriza rigurosamente. En las células eucariotas, la AMPK actúa como un sensor clave de energía celular y un regulador maestro del metabolismo para mantener la homeostasis energética. [ 4 ]
Detección de nutrientes y epigenética
La detección y señalización de nutrientes es un regulador clave de la maquinaria epigenética en el cáncer. Durante la escasez de glucosa, el sensor de energía AMPK activa la arginina metiltransferasa CARM1 y media la hipermetilación de la histona H3 ( H3R17me2 ), lo que conduce a una mayor autofagia . Además, la O6 -GlcNAc transferasa (OGT) indica la disponibilidad de glucosa a TET3 y la inhibe al disminuir su actividad dioxigenasa y promover su exportación nuclear. También se sabe que la OGT modifica directamente las histonas con O6 -GlcNAc . Estas observaciones sugieren firmemente que la señalización de nutrientes actúa directamente sobre las enzimas epigenéticas para controlar las modificaciones epigenéticas. [ 5 ]
Regulación del crecimiento tisular
La detección de nutrientes es un regulador clave del crecimiento tisular. El principal mediador de la detección celular de nutrientes es la proteína quinasa TOR (diana de la rapamicina) . TOR recibe información de los niveles de aminoácidos y energía celulares, y regula la actividad de procesos involucrados en el crecimiento celular, como la síntesis de proteínas y la autofagia. La señalización similar a la insulina es el principal mecanismo de detección sistémica de nutrientes y media sus funciones reguladoras del crecimiento principalmente a través de la vía de la proteína quinasa. Otros mecanismos hormonales regulados por la nutrición contribuyen al control del crecimiento modulando la actividad de la señalización similar a la insulina. [ 6 ]
Detección de nutrientes en las plantas
Las plantas superiores requieren una serie de nutrientes esenciales para completar sus ciclos de vida. Los nutrientes minerales son adquiridos principalmente por las raíces en la rizosfera y posteriormente distribuidos a los tallos. Para superar las limitaciones de nutrientes, las plantas han desarrollado un conjunto de respuestas complejas que consisten en mecanismos de detección y procesos de señalización para percibir y adaptarse a la disponibilidad externa de nutrientes. [ 7 ]
Las plantas obtienen la mayoría de los nutrientes necesarios absorbiéndolos del suelo a través de sus raíces. Si bien no pueden migrar a un nuevo entorno cuando la disponibilidad de nutrientes es escasa, pueden modificar su desarrollo para favorecer la colonización de zonas del suelo donde los nutrientes son abundantes. Por lo tanto, las plantas perciben la disponibilidad de nutrientes externos, como el nitrógeno, y acoplan esta percepción a una respuesta adaptativa adecuada.
Tipos de nutrientes en las plantas
El potasio (K + ) y el fósforo (P + ) son macronutrientes importantes para los cultivos, pero a menudo son deficientes en el campo. Se sabe muy poco sobre cómo las plantas detectan las fluctuaciones en las concentraciones de K + y P + , y cómo dicha detección se integra a nivel del organismo en adaptaciones fisiológicas y metabólicas. [ 8 ] [ 9 ] Cantidades menores de otros micronutrientes también son importantes para el crecimiento del cultivo. Todos estos nutrientes son igualmente importantes para el crecimiento de la planta y la falta de uno de ellos puede resultar en un crecimiento deficiente de la planta, así como hacerla más vulnerable a las enfermedades o incluso provocar su muerte. [ 10 ] Estos nutrientes, junto con el CO2 y la energía del sol, ayudan al desarrollo de la planta. [ 11 ]
Detección de nitrógeno
Como uno de los nutrientes más vitales para el desarrollo y crecimiento de todas las plantas, la detección de nitrógeno y la respuesta de señalización son vitales para la vida de las plantas. [ 12 ] Las plantas absorben nitrógeno a través del suelo en forma de nitrato o amoníaco . [ 13 ] En suelos con bajos niveles de oxígeno, el amoníaco es la principal fuente de nitrógeno, pero la toxicidad se controla cuidadosamente con la transcripción de los transportadores de amonio (AMT). [ 13 ] Se ha demostrado que este metabolito y otros, incluidos el glutamato y la glutamina, actúan como una señal de bajo nitrógeno a través de la regulación de la transcripción del gen del transportador de nitrógeno. [ 14 ] NRT1.1, también conocido como CHL1, es el transceptor de nitrato (transportador y receptor) que se encuentra en la membrana plasmática de las plantas. [ 13 ] Este es un transceptor de alta y baja afinidad que detecta concentraciones variables de nitrato dependiendo de la fosforilación de su residuo T101. [ 13 ] Se ha demostrado que el nitrato también puede actuar como una simple señal para las plantas, ya que los mutantes incapaces de metabolizarlo aún pueden detectar el ion . [ 14 ] Por ejemplo, muchas plantas muestran un aumento de los genes regulados por nitrato en condiciones de bajo nitrato y una transcripción constante de ARNm de dichos genes en suelos con alto contenido de nitrato. [ 14 ] Esto demuestra la capacidad de detectar las concentraciones de nitrato en el suelo sin productos metabólicos del nitrato y aun así exhibir efectos genéticos posteriores. [ 14 ]
Detección de potasio
El potasio (K+), uno de los macronutrientes esenciales , se encuentra en el suelo. Es el catión más abundante y su concentración es muy limitada en el suelo. Las plantas absorben el potasio del suelo a través de canales ubicados en la membrana plasmática de las células de la raíz. A diferencia de otros nutrientes como el nitrato y el amonio, el potasio no se asimila en la materia orgánica , sino que actúa como un importante agente osmótico. [ 7 ]
Regulación cerebral e intestinal de la ingesta de alimentos
Mantener un equilibrio adecuado entre la energía almacenada y la ingesta calórica es importante para asegurar que el cuerpo tenga suficiente energía para mantenerse, crecer y realizar actividad física. Un desequilibrio inadecuado puede provocar obesidad y los trastornos asociados. [ 15 ]
Referencias
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- ↑ Zagorski, Nick. "Detección, señalización y regulación de nutrientes". Journal of Biological Chemistry. (2010): n. page. Web. 9 de abril de 2013. http://www.jbc.org/site/meeting2010/nutrient
- ↑ Molecular Cell, Volumen 49, Número 3, 379-387, 7 de febrero de 2013
- ↑ Yuan, Hai-Xin (2013). "Detección de nutrientes, metabolismo y control del crecimiento celular" ( PDF) . Molecular Cell . 49 (3): 379– 387. doi : 10.1016/j.molcel.2013.01.019 . PMC 3587157. PMID 23395268. Consultado el 2 de abril de 2013 .
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- 1 2 Cui, Xiaofeng (2012). "Detección de nutrientes en plantas" . Molecular Plant . 5 (6): 1167– 1169. doi : 10.1093/mp/sss107 . PMID 23024206 .
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- ↑ Amtmann, Anna; Hammond, John P.; Armengaud, Patrick; White, Philip J. (1 de enero de 2005), "Detección y señalización de nutrientes en plantas: potasio y fósforo" , Advances in Botanical Research , que incorpora Advances in Plant Pathology, vol. 43, Academic Press, pp. 209–257 , consultado el 30 de diciembre de 2023.
- ↑ "¿Qué nutrientes necesitan las plantas?" . Agro Services International . 2002. Archivado del original el 27 de abril de 2021.
- ↑ Apoyo a la educación superior | McGraw Hill Higher Education (PDF) . Archivado del original (PDF) el 22 de noviembre de 2004.
- ↑ Kruok, Gabriel; Benoît, Lacombe; Agnieszka, Bielach; Perrine-Walker, Francine; Malinska, Katerina; Mounier, Emmanuelle; Hoyerova, Klara; Tillard, Pascal; Leon, Sarah; Ljung, Karin; Zazimalova, Eva (15 de junio de 2010). "El transporte de auxina regulado por nitrato mediante NRT1.1 define un mecanismo para la detección de nutrientes en plantas" . Developmental Cell . 18 (6): 927– 937. doi : 10.1016/j.devcel.2010.05.008 . hdl : 11104/0186315 . PMID 20627075 .
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- 1 2 3 4 Coruzzi, Gloria M; Zhou, Li (1 de junio de 2001). "Detección y señalización de carbono y nitrógeno en plantas: 'efectos de matriz' emergentes"". Current Opinion in Plant Biology . 4 (3): 247– 253. doi : 10.1016/s1369-5266(00)00168-0 . PMID 11312136 .
- ↑ Dove, Alan (9 de abril de 2009). "Detección de nutrientes: cómo el cerebro y el intestino regulan la ingesta de alimentos" . Grupo de discusión sobre diabetes y obesidad . Academia de Ciencias de Nueva York (NYAS).
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