Ultrasensitivity
आणविक जीवविज्ञान में, अतिसंवेदनशीलता एक उत्पादन प्रतिक्रिया का वर्णन करती है जो अतिसंवेदनशील माइकलिस-मेंटेन प्रतिक्रिया की तुलना में उत्तेजना परिवर्तन के प्रति अधिक संवेदनशील होती है। अतिसंवेदनशीलता कोशिका चक्र में जैव रासायनिक स्विचों में से एक है और कई महत्वपूर्ण सेलुलर घटनाओं में शामिल किया गया है, जिसमें ज़ेनोपस लेविस अंडकोशिकाओं में जी2 कोशिका चक्र गिरफ्तारी से बाहर निकलना शामिल है, एक ऐसी अवस्था जिसमें कोशिका या जीव वापस नहीं आना चाहेंगे। अतिसंवेदनशीलता एक कोशिकीय प्रणाली है जो एक अलग कोशिकीय अवस्था में प्रवेश करती है। अतिसंवेदनशीलता पहले इनपुट संकेत के लिए एक छोटी सी प्रतिक्रिया देती है, लेकिन इनपुट संकेत में वृद्धि उच्च और उच्च स्तर के उत्पादन का उत्पादन करती है। यह शोर को फ़िल्टर करने का कार्य करता है, क्योंकि ट्रिगर के लिए उत्तेजना (इनपुट सिग्नल) की छोटी उत्तेजना और सीमा सांद्रता आवश्यक है जो सिस्टम को जल्दी से सक्रिय करने की अनुमति देता है। अतिसंवेदनशील प्रतिक्रियाओं को सिग्मॉइडल ग्राफ द्वारा दर्शाया जाता है, जो सहयोगात्मकता के समान होते हैं। अतिसंवेदनशीलता का परिमाणीकरण अक्सर लगभग पहाड़ी समीकरण द्वारा किया जाता हैः जहाँ पहाड़ी का गुणांक (एन) अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया के मात्रात्मक माप का प्रतिनिधित्व कर सकता है। ऐतिहासिक विकास शून्य-क्रम अतिसंवेदनशीलता का वर्णन पहली बार अल्बर्ट गोल्डबीटर और डैनियल कोशलैंड, जूनियर ने 1981 में प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज में एक पेपर में किया था। उन्होंने गणितीय मॉडलिंग का उपयोग करते हुए दिखाया कि प्रथम क्रम कैनेटीक्स के बाहर काम करने वाले एंजाइमों के संशोधन के लिए संशोधित प्रोटीन की मात्रा में बड़े परिवर्तन करने के लिए प्रभावक की सांद्रता में केवल छोटे परिवर्तनों की आवश्यकता होती है। इस प्रवर्धन ने जैविक नियंत्रण में अतिरिक्त संवेदनशीलता प्रदान की, और कई जैविक प्रणालियों में इसके महत्व को शामिल किया। कई जैविक प्रक्रियाएँ द्विआधारी (चालू-बंद) होती हैं, जैसे कि कोशिका भाग्य निर्णय, चयापचय अवस्थाएँ और संकेत मार्ग। अतिसंवेदनशीलता एक बदलाव है जो ऐसी जैविक प्रक्रियाओं में निर्णय लेने में मदद करता है। उदाहरण के लिए, एपोप्टोटिक प्रक्रिया में, एक मॉडल ने दिखाया कि एपोप्टोसिस के अवरोधकों द्वारा कैस्पेस 3 (कैस्प 3) और कैस्प 9 के अवरोध की सकारात्मक प्रतिक्रिया अतिसंवेदनशीलता (बिस्टेबिलिटी) ला सकती है। यह सकारात्मक प्रतिक्रिया कैस्पेस सक्रियण (स्विच ऑन) में अपरिवर्तनीयता उत्पन्न करने के लिए कैस्प9 के कैस्प3-मध्यस्थ प्रतिक्रिया दरार के साथ सहयोग करती है, जो कोशिका एपोप्टोसिस की ओर ले जाती है। एक अन्य मॉडल ने भी एपोप्टोटिक प्रक्रिया में बी. सी. एल.-2 परिवार के प्रोटीन में समान लेकिन अलग सकारात्मक प्रतिक्रिया नियंत्रण दिखाए। हाल ही में, जयरामन और अन्य। उन्होंने प्रस्ताव दिया है कि अतिसंवेदनशीलता की घटना को तीन उप-व्यवस्थाओं में विभाजित किया जा सकता है, जो तेज उत्तेजना सीमा मूल्यों द्वारा अलग किए गए हैंः बंद, बंद और चालू। अपने मॉडल के आधार पर, उन्होंने प्रस्ताव दिया कि अतिसंवेदनशीलता की यह उप-व्यवस्था, ऑफ-ऑन-ऑफ, एक स्विच जैसे अनुकूलन की तरह है जिसे बिना किसी स्पष्ट प्रतिक्रिया लूप के, एन फॉस्फोराइलेशन-डिफॉस्फोराइलेशन चक्रों को एक दिशा में जोड़कर पूरा किया जा सकता है। हाल के अन्य कार्यों ने इस बात पर जोर दिया है कि न केवल अतिसंवेदनशीलता प्रतिक्रियाओं को बनाने के लिए नेटवर्क की टोपोलॉजी महत्वपूर्ण है, बल्कि उनकी संरचना (एंजाइम बनाम प्रतिलेखन कारक) दृढ़ता से प्रभावित करती है कि क्या वे मजबूत अतिसंवेदनशीलता का प्रदर्शन करेंगे। गणितीय मॉडलिंग नेटवर्क टोपोलॉजी की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए सुझाव देती है कि एंजाइमों और प्रतिलेखन कारकों का एक संयोजन पूरी तरह से प्रतिलेखन कारकों से बने या पूरी तरह से एंजाइमों से बने नेटवर्क की तुलना में अधिक मजबूत अतिसंवेदनशीलता प्रदान करता है। तंत्र अतिसंवेदनशीलता को कई तंत्रों के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता हैः बहु-चरणीय तंत्र (उदाहरण के लिएः सहयोगात्मकता) और बहु-साइट फॉस्फोराइलेशन बफरिंग तंत्र (उदाहरण के लिएः डिकोय फॉस्फोराइलेशन साइट) या स्टोइकिओमेट्रिक अवरोधक स्थानीयकरण में परिवर्तन (जैसे परमाणु लिफाफे में स्थानांतरण) संतृप्ति तंत्र (जिसे शून्य-क्रम अतिसंवेदनशीलता के रूप में भी जाना जाता है) सकारात्मक प्रतिक्रिया झिल्ली प्रोटीन में गैर-शून्य-आदेश अतिसंवेदनशीलता प्रसारात्मक अलॉस्टरी बहु-चरणीय तंत्र बहु-चरणीय अतिसंवेदनशीलता तब होती है जब एक एकल प्रभावक कैस्केड में कई चरणों पर कार्य करता है। क्रमिक कैस्केड संकेतों के परिणामस्वरूप संकेत में उच्च स्तर का शोर आ सकता है जो अंतिम उत्पादन में हस्तक्षेप कर सकता है। यह विशेष रूप से बड़े कैस्केड के लिए प्रासंगिक है, जैसे कि फ्लैजेलर नियामक प्रणाली जिसमें मुख्य नियामक संकेत प्रतिलेखन को सक्रिय करने से पहले कई मध्यवर्ती नियामकों के माध्यम से प्रेषित किया जाता है। कास्केड अतिसंवेदनशीलता शोर को कम कर सकती है और इसलिए सक्रियण के लिए कम इनपुट की आवश्यकता होती है। इसके अतिरिक्त, कई फॉस्फोराइलेशन घटनाएं अतिसंवेदनशीलता का एक उदाहरण हैं। हाल के मॉडलिंग से पता चला है कि झिल्ली प्रोटीन पर कई फॉस्फोराइलेशन साइट स्थानीय रूप से एंजाइम गतिविधि को संतृप्त करने का काम कर सकते हैं। झिल्ली में प्रोटीन कोशिका द्रव्य की तुलना में गतिशीलता में बहुत कम हो जाते हैं, इसका मतलब है कि एक झिल्ली प्रोटीन पर कार्य करने वाले झिल्ली से जुड़े एंजाइम को फैलने में अधिक समय लगेगा। झिल्ली सब्सट्रेट पर कई फॉस्फोराइलेशन साइटों को जोड़ने के साथ, एंजाइम-एंजाइम की बढ़ी हुई स्थानीय सांद्रता और बढ़े हुए सब्सट्रेट के संयोजन से-जल्दी से संतृप्ति तक पहुंच सकता है। बफरिंग तंत्र बफरिंग तंत्र जैसे कि आणविक अनुमापन अतिसंवेदनशीलता उत्पन्न कर सकते हैं। इन विट्रो में, इसे सरल तंत्र के लिए देखा जा सकता हैः ए + बी <=> एबी जहां ए का मोनोमेरिक रूप सक्रिय है और इसे हेटेरोडाइमर एबी बनाने के लिए बी को बांधकर निष्क्रिय किया जा सकता है। जब (= [B] + [AB]) की सांद्रता की तुलना में बहुत अधिक होती है, तो यह प्रणाली की सांद्रता द्वारा निर्धारित एक सीमा प्रदर्शित करती है। (= [ए] + [एबी]) की सांद्रता पर, बी से कम, ए को मुक्त करने के लिए एक बफर के रूप में कार्य करता है और लगभग सभी ए एबी के रूप में पाए जाएंगे। हालांकि, समतुल्यता बिंदु पर, जब ≈, अब वृद्धि को बफर नहीं कर सकता है, इसलिए इसमें एक छोटी सी वृद्धि ए में बड़ी वृद्धि का कारण बनती है। परिवर्तनों के प्रति [ए] की अतिसंवेदनशीलता की ताकत/द्वारा निर्धारित की जाती है। अतिसंवेदनशीलता तब होती है जब यह अनुपात एक से अधिक होता है और अनुपात बढ़ने के साथ बढ़ता है। समतुल्यता बिंदु के ऊपर, और ए फिर से रैखिक रूप से संबंधित हैं। विवो में, ए और बी के संश्लेषण के साथ-साथ तीनों घटकों का क्षरण अतिसंवेदनशीलता के उत्पादन को जटिल बनाता है। यदि ए और बी की संश्लेषण दरें बराबर हैं तो यह प्रणाली अभी भी समतुल्यता बिंदु पर अतिसंवेदनशीलता प्रदर्शित करती है। बफरिंग तंत्र का एक उदाहरण प्रोटीन पृथक्करण है, जो सिग्नलिंग और नियामक नेटवर्क में पाया जाने वाला एक सामान्य तंत्र है। 2009 में, बुक्लर और क्रॉस ने एक सिंथेटिक आनुवंशिक नेटवर्क का निर्माण किया जिसे एक प्रमुख-नकारात्मक अवरोधक द्वारा एक प्रतिलेखन सक्रियक के प्रोटीन पृथक्करण द्वारा नियंत्रित किया गया था। उन्होंने दिखाया कि इस प्रणाली के परिणामस्वरूप जीन अभिव्यक्ति में एक लचीली अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया होती है। यह लचीला है कि अतिसंवेदनशीलता की डिग्री को प्रमुख-नकारात्मक अवरोधक के अभिव्यक्ति स्तर को बदलकर बदला जा सकता है। उनके लेख में चित्र 1 में दिखाया गया है कि कैसे एक सक्रिय प्रतिलेखन कारक को एक अवरोधक द्वारा निष्क्रिय जटिल एबी में अलग किया जा सकता है जो डीएनए को बांधने में असमर्थ है। इस प्रकार के तंत्र के परिणामस्वरूप "सभी-या-कुछ नहीं" प्रतिक्रिया, या अतिसंवेदनशीलता होती है, जब नियामक प्रोटीन की सांद्रता अवरोधक को कम करने के बिंदु तक बढ़ जाती है। एक प्रतिक्रिया के खिलाफ मजबूत बफरिंग इस एकाग्रता सीमा से नीचे मौजूद है, और जब यह पहुंच जाता है तो इनपुट में कोई भी छोटी वृद्धि उत्पादन में एक बड़े परिवर्तन में प्रवर्धित हो जाती है। स्थानीयकरण ट्रांसलोकेशन सिग्नल ट्रांसडक्शन में परिवर्तन को विभिन्न तरीकों से विनियमित किया जाता है और इनमें से एक तरीका ट्रांसलोकेशन है। विनियमित स्थानान्तरण मुख्य रूप से तीन तरीकों से अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया उत्पन्न करता हैः विनियमित स्थानान्तरण संकेत प्रोटीन की स्थानीय सांद्रता को बढ़ाता है। जब संकेत देने वाले प्रोटीन की सांद्रता इसे निष्क्रिय करने वाले एंजाइम को आंशिक रूप से संतृप्त करने के लिए पर्याप्त होती है, तो अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया उत्पन्न होती है। सिग्नलिंग कैस्केड के कई घटकों का स्थानांतरण, जहां उत्तेजना (इनपुट सिग्नल) एक ही उपकोशिकीय डिब्बे में सिग्नलिंग प्रोटीन और इसके सक्रियक दोनों के स्थानांतरण का कारण बनता है और इस तरह अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया उत्पन्न करता है जो सिग्नल की गति और सटीकता को बढ़ाता है। डिब्बे में स्थानांतरण जिसमें स्टोइकिओमेट्रिक अवरोधक होते हैं। ट्रांसलोकेशन संकेत पारगमन को विनियमित करने का एक तरीका है, और यह अतिसंवेदनशील स्विच जैसी प्रतिक्रियाएं या बहु-चरण-फीडबैक लूप तंत्र उत्पन्न कर सकता है। यदि स्थानान्तरण एक संकेत प्रोटीन की स्थानीय सांद्रता को बढ़ाता है तो एक स्विच जैसी प्रतिक्रिया होगी। उदाहरण के लिए, एपिडर्मल ग्रोथ फैक्टर (ई. जी. एफ.) रिसेप्टर्स को क्लैथ्रिन-इंडिपेंडेंट एंडोसाइटोसिस (सी. आई. ई.) और/या क्लैथ्रिन-डिपेंडेंट एंडोसाइटोसिस (सी. डी. ई.) के माध्यम से लिगैंड एकाग्रता-निर्भर तरीके से आंतरिक किया जा सकता है। दोनों मार्गों में रिसेप्टर्स का वितरण ई. जी. एफ. एकाग्रता-निर्भर दिखाया गया था। ई. जी. एफ. की कम सांद्रता की उपस्थिति में, रिसेप्टर को विशेष रूप से सी. डी. ई. के माध्यम से आंतरिक किया गया था, जबकि उच्च सांद्रता पर, रिसेप्टर्स को सी. डी. ई. और सी. आई. ई. के बीच समान रूप से वितरित किया गया था। संतृप्ति तंत्र (शून्य-क्रम अतिसंवेदनशीलता) शून्य-क्रम अतिसंवेदनशीलता संतृप्त स्थितियों में होती है। उदाहरण के लिए, एक काइनेज, फॉस्फेट और सब्सट्रेट के साथ एक एंजाइमेटिक चरण पर विचार करें। फॉस्फोराइलेटेड सब्सट्रेट के स्थिर अवस्था स्तरों में एक अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया होती है जब सभी उपलब्ध काइनेस और फॉस्फेट को संतृप्त करने के लिए पर्याप्त सब्सट्रेट होता है। इन स्थितियों में, काइनेज और फॉस्फेट गतिविधि के अनुपात में छोटे परिवर्तन फॉस्फोराइलेटेड सब्सट्रेट की संख्या को नाटकीय रूप से बदल सकते हैं (इस व्यवहार को दर्शाने वाले ग्राफ के लिए, देखें)। स्थिर अवस्था फॉस्फोराइलेटेड सब्सट्रेट की संवेदनशीलता में यह वृद्धि, या काइनेज और फॉस्फेट गतिविधि के अनुपात को शून्य-क्रम कहा जाता है ताकि इसे माइकलिस-मेंटेन गतिकी द्वारा वर्णित प्रथम क्रम व्यवहार से अलग किया जा सके, जिसमें स्थिर अवस्था एकाग्रता अतिसंवेदनशीलता में प्रदर्शित स्विच जैसे व्यवहार की तुलना में अधिक क्रमिक तरीके से प्रतिक्रिया करती है। गोल्डबीटर और कोशलैंड के संकेतन का उपयोग करते हुए, W को एक निश्चित सब्सट्रेट प्रोटीन होने दें और W 'को W का सहसंयोजक रूप से संशोधित संस्करण होने दें। W से W' का रूपांतरण कुछ एंजाइम E1 द्वारा उत्प्रेरित किया जाता है और W 'से W का विपरीत रूपांतरण निम्नलिखित समीकरणों के अनुसार दूसरे एंजाइम E2 द्वारा उत्प्रेरित किया जाता हैः सभी आवश्यक घटकों (जैसे ATP) की सांद्रता को स्थिर माना जाता है और गतिज स्थिरांक में दर्शाया जाता है। उपरोक्त रासायनिक समीकरणों का उपयोग करते हुए, प्रत्येक घटक के लिए प्रतिक्रिया दर समीकरण इस प्रकार हैंः प्रत्येक घटक की कुल सांद्रता इस प्रकार दी गई हैः शून्य क्रम तंत्र मानता है कि या। दूसरे शब्दों में, प्रणाली एक माइकलिस-मेंटेन स्थिर स्थिति में है, जिसका अर्थ है, एक अच्छे सन्निकटन के लिए, और स्थिर हैं। इन गतिज अभिव्यक्तियों से कोई भी स्थिर अवस्था को परिभाषित करने के लिए हल कर सकता है और कहाँ और कब मोलर अनुपात के खिलाफ प्लॉट किया जाता है और यह देखा जा सकता है कि W से W 'रूपांतरण अनुपात में बहुत कम परिवर्तन पर होता है जो कि प्रथम क्रम (गैर-संतृप्त) स्थितियों की तुलना में होता है, जो अतिसंवेदनशीलता का स्पष्ट संकेत है। सकारात्मक प्रतिक्रिया सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप अतिसंवेदनशील प्रतिक्रियाओं का कारण बन सकते हैं। इसका एक उदाहरण कुछ यूकेरियोटिक जीनों के प्रतिलेखन में देखा जाता है जिसमें गैर-सहकारी प्रतिलेखन कारक बाध्यकारी हिस्टोन संशोधन के सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप को बदल देता है जिसके परिणामस्वरूप प्रतिलेखन का अतिसंवेदनशील सक्रियण होता है। एक प्रतिलेखन कारक का बंधन हिस्टोन एसिटाइलट्रांसफेरेस और मिथाइलट्रांसफेरेस को नियुक्त करता है। हिस्टोनों का एसिटिलेशन और मिथाइलेशन अधिक एसिटाइलट्रांसफरेसेस और मिथाइलट्रांसफरेसेस की भर्ती करता है जिसके परिणामस्वरूप एक सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप होता है। अंततः, इसके परिणामस्वरूप प्रतिलेखन सक्रिय हो जाता है। इसके अतिरिक्त, सकारात्मक प्रतिक्रिया दो नियामकों वी 1 और सी डी सी 25 सी द्वारा साइक्लिन बी 1 में द्विगुणता को प्रेरित कर सकती है, जिससे कोशिका को माइटोसिस के लिए प्रतिबद्ध होने का निर्णय लेना पड़ता है। प्रणाली साइक्लिन बी1 के मध्यवर्ती स्तरों पर स्थिर नहीं हो सकती है, और दो स्थिर अवस्थाओं के बीच संक्रमण अचानक होता है जब साइक्लिन बी1 का बढ़ता स्तर प्रणाली को निम्न से उच्च गतिविधि में बदल देता है। हिस्टैरिसीस प्रदर्शित करते हुए, साइक्लिन बी1 के विभिन्न स्तरों के लिए, स्विच निम्न से उच्च और उच्च से निम्न अवस्थाओं में भिन्न होते हैं। हालांकि, एक बिस्टेबल प्रणाली का उद्भव इसके फीडबैक लूप की संवेदनशीलता से अत्यधिक प्रभावित होता है। ज़ेनोपस अंडे के अर्क में यह दिखाया गया है कि सीडीसी25सी हाइपरफॉस्फोराइलेशन सीडीसी गतिविधि का एक अत्यधिक अतिसंवेदनशील कार्य है, जो पहाड़ी गुणांक (लगभग) के उच्च मूल्य को प्रदर्शित करता है। 11), और सीडीसी25सी में सेर 287 का डीफॉस्फोराइलेशन चरण (सीडीसी25सी सक्रियण में भी शामिल) और भी अधिक अतिसंवेदनशील है, जो लगभग 32 के पहाड़ी गुणांक को प्रदर्शित करता है। समतुल्यता अतिसंवेदनशीलता का एक प्रस्तावित तंत्र, जिसे समतुल्यता कहा जाता है, सुझाव देता है कि गतिविधि "एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से चलने वाले अंतःक्रिया स्थलों की उच्च स्थानीय सांद्रता से उत्पन्न होती है" समतुल्यता का प्रस्ताव पहली बार तब किया गया था जब यह माना जाता था कि यह उस मार्ग में होता है जिसमें सी. डी. के. 1-सी. एल. बी. (बी-प्रकार के साइक्लिन) के लिए सी. डी. के. 1-सी. एल. बी. (बी-प्रकार के साइक्लिन) को माइटोसिस में प्रवेश करने की अनुमति देने के लिए अवक्रमित किया जाता है। एस. सी. एफ. परिसर के सी. डी. सी. 4 द्वारा पहचाने जाने और अवक्रमित किए जाने के लिए एस. सी. 1 को कई बार फॉस्फोरिलेटेड किया जाना चाहिए। चूँकि सी. डी. सी. 4 में इन फॉस्फोराइलेटेड अवशेषों के लिए केवल एक पहचान स्थल है, यह सुझाव दिया गया था कि जैसे-जैसे फॉस्फोराइलेशन की मात्रा बढ़ती है, यह तेजी से इस संभावना को बढ़ाता है कि सी. डी. सी. 4 द्वारा एस. आई. सी. 1 को पहचाना और अपघटित किया जाता है। इस प्रकार की अंतःक्रिया को किसी भी एक स्थल के नुकसान के लिए अपेक्षाकृत प्रतिरक्षित माना जाता था और अलग-अलग स्थलों के गुणों को समायोजित करके आसानी से किसी भी सीमा तक ट्यून किया जाता था। समतुल्यता तंत्र के लिए अनुमान एक सामान्य गणितीय मॉडल पर आधारित थे जो एक पॉलीवैलेन्ट अव्यवस्थित लिगैंड और एक एकल रिसेप्टर साइट के बीच बातचीत का वर्णन करता है। बाद में पाया गया कि एस. आई. सी. 1 के क्षरण द्वारा सी. डी. के. 1 स्तरों में अतिसंवेदनशीलता वास्तव में एक सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप के कारण है। मेम्ब्रेन प्रोटीन मॉडलिंग में गैर-शून्य-ऑर्डर अतिसंवेदनशीलता दुशेक एट अल द्वारा। शून्य-क्रम व्यवस्था के बाहर अतिसंवेदनशीलता के लिए एक संभावित तंत्र का प्रस्ताव करता है। कई एंजाइमेटिक साइटों (जैसे टी-सेल रिसेप्टर जैसे टायरोसिन-फॉस्फोराइलेटेड रिसेप्टर्स) के साथ झिल्ली-बद्ध सब्सट्रेट पर कार्य करने वाले झिल्ली-बद्ध एंजाइमों के मामले में, अतिसंवेदनशील प्रतिक्रियाएं देखी जा सकती हैं, जो महत्वपूर्ण रूप से तीन कारकों पर निर्भर करती हैंः 1) झिल्ली में सीमित प्रसार, 2) सब्सट्रेट पर कई बंधन स्थल, और 3) उत्प्रेरण के बाद संक्षिप्त एंजाइमेटिक निष्क्रियता। इन विशेष स्थितियों के तहत, हालांकि एंजाइम सब्सट्रेट (प्रथम-क्रम शासन) से अधिक हो सकता है, एंजाइम प्रभावी रूप से कई बाध्यकारी स्थलों के कारण स्थानीय रूप से सब्सट्रेट के साथ संतृप्त होता है, जिससे स्विच जैसी प्रतिक्रियाएं होती हैं। अतिसंवेदनशीलता का यह तंत्र एंजाइम सांद्रता से स्वतंत्र है, हालांकि सब्सट्रेट पर बाइंडिंग साइटों की संख्या के आधार पर संकेत काफी बढ़ जाता है। दोनों सशर्त कारक (सीमित प्रसार और निष्क्रियता) शारीरिक रूप से प्रशंसनीय हैं, लेकिन अभी तक प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि नहीं की गई है। दुशेक के मॉडलिंग में अधिक सब्सट्रेट साइटों (फॉस्फोराइलेशन साइटों) के साथ पहाड़ी सहयोगात्मकता की बढ़ती संख्या और एंजाइम और सब्सट्रेट के बीच अधिक स्टेरिक/प्रसार बाधा पाई गई। स्थानीय एंजाइम संतृप्ति पर आधारित अतिसंवेदनशीलता का यह तंत्र आंशिक रूप से धीमी झिल्ली प्रसार के निष्क्रिय गुणों से उत्पन्न होता है, और इसलिए आम तौर पर लागू हो सकता है। डिसिपेटिव एलोस्टरी बैक्टीरियल फ्लैजेलर मोटर को एक डिसिपेटिव एलोस्टेरिक मॉडल का पालन करने के लिए प्रस्तावित किया गया है, जहां अतिसंवेदनशीलता प्रोटॉन प्रेरक बल से प्रोटीन बाइंडिंग आत्मीयता और ऊर्जा योगदान के संयोजन के रूप में आती है (नीचे फ्लैजेलर मोटर्स और केमोटैक्सिस देखें)। मॉड्यूल की अतिसंवेदनशीलता पर अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम घटकों का प्रभाव एक जीवित कोशिका में, अतिसंवेदनशील मॉड्यूल अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम घटकों के साथ एक बड़े नेटवर्क में अंतर्निहित होते हैं। ये घटक इनपुट की सीमा को बाधित कर सकते हैं जो मॉड्यूल प्राप्त करेगा और साथ ही मॉड्यूल के आउटपुट की सीमा को भी जो नेटवर्क पता लगाने में सक्षम होगा। आल्ट्ज़ीलर एट अल। (2014) ने अध्ययन किया कि इन प्रतिबंधों से मॉड्यूलर प्रणाली की प्रभावी अतिसंवेदनशीलता कैसे प्रभावित होती है। उन्होंने कुछ अतिसंवेदनशील रूपांकनों के लिए पाया कि डाउनस्ट्रीम घटकों द्वारा लगाई गई गतिशील सीमाएं अलगाव में विचार करने पर मूल मॉड्यूल की तुलना में बहुत बड़ी प्रभावी संवेदनशीलता पैदा कर सकती हैं। पहाड़ी गुणांक अतिसंवेदनशील व्यवहार को आम तौर पर एक सिग्मॉइडल वक्र द्वारा दर्शाया जाता है, क्योंकि उत्तेजना में छोटे परिवर्तन प्रतिक्रिया में बड़े परिवर्तनों को ट्रिगर कर सकते हैं। ऐसा ही एक संबंध पहाड़ी समीकरण हैः पहाड़ी गुणांक कहाँ है जो सिग्मॉइडल उत्तेजना-प्रतिक्रिया वक्र की दृढ़ता को मापता है और इसलिए यह एक संवेदनशीलता पैरामीटर है। इसका उपयोग अक्सर किसी प्रणाली की सहयोगात्मकता का आकलन करने के लिए किया जाता है। एक से अधिक पहाड़ी गुणांक सकारात्मक सहयोगात्मकता का संकेत है और इस प्रकार, प्रणाली अतिसंवेदनशीलता प्रदर्शित करती है। 1 के पहाड़ी गुणांक वाली प्रणालियाँ असहयोगी होती हैं और शास्त्रीय माइकलिस-मेंटेन कैनेटीक्स का पालन करती हैं। गैर-सहकारी गतिविधि प्रदर्शित करने वाले एंजाइमों को सहकारी (अतिसंवेदनशील) एंजाइमों के लिए सिग्मॉइडल वक्रों की तुलना में हाइपरबॉलिक उत्तेजना/प्रतिक्रिया वक्रों द्वारा दर्शाया जाता है। माइटोजेन-एक्टिवेटेड प्रोटीन किनेज (एमएपीके) सिग्नलिंग में (नीचे उदाहरण देखें), सिग्नलिंग की अतिसंवेदनशीलता सिग्मॉइडल उत्तेजना/प्रतिक्रिया वक्र द्वारा समर्थित है जो 4.0-5.0 के पहाड़ी गुणांक वाले एंजाइम के साथ तुलनीय है। यह हीमोग्लोबिन की सहकारी बंधन गतिविधि के प्रति और भी अधिक अतिसंवेदनशील है, जिसका पहाड़ी गुणांक 2.8 है। गणना परिचालन की दृष्टि से पहाड़ी गुणांक की गणना इस प्रकार की जा सकती हैः जहाँ ईसी90 और ईसी10 क्रमशः अधिकतम प्रतिक्रिया के 10 प्रतिशत और 90 प्रतिशत का उत्पादन करने के लिए आवश्यक इनपुट मान हैं। प्रतिक्रिया गुणांक पहाड़ी गुणांक जैसे वैश्विक संवेदनशीलता उपाय एस-आकार के वक्रों के स्थानीय व्यवहारों को चिह्नित नहीं करते हैं। इसके बजाय, इन विशेषताओं को प्रतिक्रिया गुणांक माप द्वारा अच्छी तरह से परिभाषित किया गया हैः प्रणाली जीव विज्ञान में, ऐसी प्रणाली प्रतिक्रियाओं को नियंत्रण गुणांक के रूप में संदर्भित किया जाता है। विशेष रूप से, सांद्रता नियंत्रण गुणांक किसी दिए गए इनपुट में परिवर्तन के लिए सांद्रता की प्रतिक्रिया को मापते हैं। इसके अलावा, अधिक सामान्य जैव रासायनिक नियंत्रण विश्लेषण के ढांचे के भीतर, ऐसी प्रतिक्रियाओं को व्यक्तिगत स्थानीय प्रतिक्रियाओं के संदर्भ में वर्णित किया जा सकता है, जिन्हें लोच कहा जाता है। पहाड़ी गुणांक और प्रतिक्रिया गुणांक आल्ट्ज़ाइलर आदि के बीच संबंध। (2017) ने दिखाया है कि इन अतिसंवेदनशीलता उपायों को निम्नलिखित समीकरण द्वारा जोड़ा जा सकता हैः जहां [a, b] की सीमा पर चर x का औसत मूल्य दर्शाया गया है। कार्य संरचना में अतिसंवेदनशीलता दो युग्मित अतिसंवेदनशील मॉड्यूल पर विचार करें, जो परतों के बीच आणविक घटकों के पृथक्करण के प्रभावों को नजरअंदाज करते हैं। इस मामले में, प्रणाली की खुराक-प्रतिक्रिया वक्र के लिए अभिव्यक्ति, कार्यों की गणितीय संरचना से उत्पन्न होती है, जो पृथक मॉड्यूल के इनपुट/आउटपुट संबंध का वर्णन करती हैः ब्राउन एट अल। (1997) ने दिखाया है कि विभिन्न परतों की स्थानीय अतिसंवेदनशीलता गुणक रूप से जुड़ती हैः इस परिणाम के संबंध में, फेरेल एट अल। (1997) ने हिल-टाइप मॉड्यूल के लिए दिखाया कि समग्र कैस्केड वैश्विक अतिसंवेदनशीलता प्रत्येक कैस्केड की परत के वैश्विक अतिसंवेदनशीलता अनुमानों के उत्पाद से कम या बराबर होनी चाहिए, जहां और क्रमशः मॉड्यूल 1 और 2 के पहाड़ी गुणांक हैं। आल्ट्ज़ीलर एट अल। (2017) ने दिखाया है कि कैस्केड की वैश्विक अतिसंवेदनशीलता की गणना विश्लेषणात्मक रूप से की जा सकती हैः जहां और समग्र प्रणाली की पहाड़ी इनपुट की कार्य सीमा को सीमित किया गया है, अर्थात। आई-लेयर के लिए इनपुट मान ताकि अंतिम परत (इस मामले के अनुरूप) अपने अधिकतम उत्पादन स्तर के 10 प्रतिशत और 90 प्रतिशत तक पहुँच जाए। इसने इस समीकरण का अनुसरण किया कि प्रणाली के पहाड़ी गुणांक को दो कारकों के उत्पाद के रूप में लिखा जा सकता है, और, जो प्रत्येक परत के लिए प्रासंगिक इनपुट क्षेत्र पर स्थानीय औसत संवेदनशीलता की विशेषता हैः, इस मामले में। मॉड्यूल के कैस्केड के अधिक सामान्य मामले के लिए, पहाड़ी गुणांक को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता हैः, सुप्रामुल्टिप्लिकेटिविटी कई लेखकों ने सिग्नलिंग कैस्केड में सुप्रामुल्टिप्लिकेटिव व्यवहार के अस्तित्व की सूचना दी है (यानी। परतों के संयोजन की अतिसंवेदनशीलता व्यक्तिगत अतिसंवेदनशीलता के उत्पाद की तुलना में अधिक होती है), लेकिन कई मामलों में अतिसंवेदनशीलता की अंतिम उत्पत्ति मायावी बनी रही। आल्ट्ज़ीलर एट अल। (2017) फ्रेमवर्क ने स्वाभाविक रूप से एक सामान्य परिदृश्य का सुझाव दिया जहां सुपरमल्टिप्लिकेटिव व्यवहार हो सकता है। यह तब हो सकता है जब किसी दिए गए मॉड्यूल के लिए, संबंधित हिल की इनपुट कार्य सीमा संबंधित खुराक-प्रतिक्रिया वक्र की वैश्विक अतिसंवेदनशीलता से अधिक स्थानीय अतिसंवेदनशीलता के साथ एक इनपुट क्षेत्र में स्थित थी। कोशिकीय प्रक्रियाओं में भूमिका एमएपी किनेज सिग्नलिंग कैस्केड एक सर्वव्यापी संकेत रूपांकन जो अतिसंवेदनशीलता प्रदर्शित करता है, एमएपीके (माइटोजेन-सक्रिय प्रोटीन किनेज) कैस्केड है, जो एक श्रेणीबद्ध इनपुट संकेत ले सकता है और एक स्विच जैसे आउटपुट का उत्पादन कर सकता है, जैसे कि जीन प्रतिलेखन या कोशिका चक्र प्रगति। इस सामान्य रूपांकन में, एमएपीके कैस्केड में एक पहले के काइनेज द्वारा सक्रिय किया जाता है, जिसे एमएपीके काइनेज या एमएपीकेके कहा जाता है। इसी तरह, एम. ए. पी. के. के. को एम. ए. पी. के. के. किनेज़ या एम. ए. पी. के. के. द्वारा सक्रिय किया जाता है। एम. ए. पी. के. के. के. सक्रिय होने पर ये काइनेस क्रमिक रूप से फॉस्फोरिलेटेड होते हैं, आमतौर पर झिल्ली-बद्ध रिसेप्टर प्रोटीन द्वारा प्राप्त संकेत के माध्यम से। MAPKKK MAPKK को सक्रिय करता है, और MAPKK MAPK को सक्रिय करता है। इस प्रणाली में कई विशेषताओं के कारण अतिसंवेदनशीलता उत्पन्न होती हैः एमएपीके और एमएपीकेके दोनों को सक्रिय करने के लिए दो अलग-अलग फॉस्फोराइलेशन घटनाओं की आवश्यकता होती है। विशिष्ट फॉस्फेट द्वारा एमएपीके फॉस्फोराइलेशन के उलटने के लिए समान परिमाण के उत्पादन को प्राप्त करने के लिए प्रत्येक पूर्व काइनेज से सक्रियण संकेतों की बढ़ती सांद्रता की आवश्यकता होती है। एम. ए. पी. के. के. अपने विशिष्ट फॉस्फेट के लिए के. एम. यू. से ऊपर की सांद्रता पर है और एम. ए. पी. के. के. के लिए के. एम. यू. से ऊपर की सांद्रता पर है। एमएपीके कैस्केड के अलावा, मांसपेशियों के ग्लाइकोलाइसिस, आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज के फॉस्फोराइलेशन और कैलमोडुलिन-निर्भर प्रोटीन किनेज II (सीएएमकेआईआई) के सक्रियण में भी अतिसंवेदनशीलता की सूचना मिली है। एक अतिसंवेदनशील स्विच को एक से पांच एसएच3 अंतःक्रिया मॉड्यूल के साथ एक सरल रैखिक संकेत प्रोटीन (एन-डब्ल्यूएएसपी) के संयोजन द्वारा इंजीनियर किया गया है जिसमें स्वतः अवरोधक और सहकारी गुण हैं। एकल एस. एच. 3 मॉड्यूल के जुड़ने से एक स्विच बनाया गया जिसे बाहरी एस. एच. 3-बाइंडिंग पेप्टाइड द्वारा रैखिक तरीके से सक्रिय किया गया था। क्षेत्रों की बढ़ती संख्या ने अतिसंवेदनशीलता में वृद्धि की। तीन एसएच3 मॉड्यूल के साथ एक निर्माण 2.7 के एक स्पष्ट पहाड़ी गुणांक के साथ सक्रिय किया गया था और पांच एसएच3 मॉड्यूल के साथ एक निर्माण 3.9 के एक स्पष्ट पहाड़ी गुणांक के साथ सक्रिय किया गया था। कोशिका चक्र के जी2 चरण के दौरान, सी. डी. के. 1 और साइक्लिन बी1 एक जटिल बनाते हैं और परिपक्वता संवर्धन कारक (एम. पी. एफ.) बनाते हैं। कई स्थानों पर साइक्लिन बी1 के फॉस्फोराइलेशन के कारण परिसर नाभिक में जमा हो जाता है, जो परिसर के परमाणु निर्यात को रोकता है। वी. ई. 1 और एम. वाई. टी. 1 द्वारा सी. डी. के. 1 के टी. आर. 19 और टी. आर. 15 अवशेषों का फॉस्फोराइलेशन कॉम्प्लेक्स को निष्क्रिय रखता है और माइटोसिस में प्रवेश को रोकता है जबकि सी. डी. सी. 25 सी. फॉस्फेट द्वारा सी. डी. के. 1 का डीफॉस्फोराइलेशन टी. आर. 19 और टी. आर. 15 अवशेषों पर कॉम्प्लेक्स को सक्रिय करता है जो माइटोसिस में प्रवेश करने के लिए आवश्यक है। सी. डी. सी. 25सी. फॉस्फेट कोशिका द्रव्य में मौजूद होता है और जी2 चरण के अंत में इसे पी. आई. के. 1, पी. आई. के. 3 जैसे संकेतों द्वारा नाभिक में स्थानांतरित किया जाता है। नाभिक में कई आवश्यक संकेत कैस्केड घटकों, एम. पी. एफ. और इसके सक्रियक सी. डी. सी. 25 का विनियमित स्थानान्तरण और संचय एम. पी. एफ. का कुशल सक्रियण उत्पन्न करता है और माइटोसिस में स्विच जैसे, अतिसंवेदनशील प्रवेश का उत्पादन करता है। यह आंकड़ा विभिन्न संभावित तंत्रों को दर्शाता है कि कैसे उत्तेजना (इनपुट सिग्नल) द्वारा संकेत घटकों के स्थानीयकरण के बढ़े हुए विनियमन से आउटपुट माइकलियन प्रतिक्रिया से अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया में बदल जाता है। जब प्रोत्साहन केवल सी. डी. के. 1-साइक्लिन बी. 1 परमाणु निर्यात के अवरोध को विनियमित कर रहा है, तो परिणाम माइकलियन प्रतिक्रिया है, चित्र (ए)। लेकिन अगर उत्तेजना संकेत कैस्केड के कई घटकों के स्थानीयकरण को नियंत्रित कर सकती है, अर्थात। सी. डी. के. 1-साइक्लिन बी. 1 परमाणु निर्यात का अवरोध और सी. डी. सी. 25सी का नाभिक में स्थानान्तरण, फिर परिणाम अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया है, चित्र (बी)। सिग्नलिंग कैस्केड के अधिक घटकों को उत्तेजना द्वारा विनियमित और स्थानीयकृत किया जाता है-यानी। सी. डी. के. 1-साइक्लिन बी. 1 परमाणु निर्यात का अवरोध, सी. डी. सी. 25सी का नाभिक में स्थानांतरण, और सी. डी. सी. 25सी का सक्रियण-उत्पादन प्रतिक्रिया अधिक से अधिक अतिसंवेदनशील हो जाती है, चित्र (सी)। माइटोसिस के दौरान बफरिंग (डिकॉय), माइटोटिक स्पिंडल अभिविन्यास क्लीवेज फ्यूरॉइंग के स्थान और बाद में कोशिका भाग्य निर्धारण के लिए बेटी कोशिकाओं की स्थिति निर्धारित करने के लिए आवश्यक है। यह अभिविन्यास कॉर्टिकल कारकों के ध्रुवीकरण और ध्रुवीयता अक्ष के साथ स्पिंडल के तेजी से संरेखण द्वारा प्राप्त किया जाता है। फल मक्खियों में, स्पिंडल की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए तीन कॉर्टिकल कारक पाए गए हैंः हेटेरोट्रिमेरिक जी प्रोटीन α सबयूनिट (जी. ए. आई.), इंस्क्यूटेबल का साथी (पिन), और मशरूम शरीर दोष (मिट्टी)। Gαi पिन की भर्ती के लिए एपिकल कॉर्टेक्स में स्थानीयकृत होता है। जी. डी. पी.-बद्ध जी. ए. आई. से जुड़ने पर, पिन सक्रिय हो जाते हैं और कॉर्टिकल कारकों के ध्रुवीकृत वितरण को प्राप्त करने के लिए मड की भर्ती करते हैं। पिन में एन-टर्मिनल टेट्राट्रिकोपेप्टाइड रिपीट्स (टी. पी. आर.) मिट्टी के लिए बाध्यकारी क्षेत्र है, लेकिन जी. ए. आई. की अनुपस्थिति में आंतरिक सी-टर्मिनल गोलोको डोमेन (जी. एल.) द्वारा स्वचालित रूप से बाधित है। जी. ए. आई. द्वारा जी. ए. आई. को जी. एल. से बांधकर पिनों को सक्रिय करना अत्यधिक अतिसंवेदनशील है और इसे निम्नलिखित छल तंत्र के माध्यम से प्राप्त किया जाता हैः जी. एल. एस. 1 और 2 जी. ए. आई. इनपुट के लिए नियामक डोमेन, जी. एल. 3 के साथ प्रतिस्पर्धा करते हुए एक छल क्षेत्र के रूप में कार्य करते हैं। यह इंट्रामोलिक्युलर डिकॉय तंत्र पिन को विशिष्ट जी. ए. आई. सांद्रता के जवाब में अपनी सीमा और कठोरता स्थापित करने की अनुमति देता है। कम जी. ए. आई. निवेशों पर, डिकॉय जी. एल. एस. 1 और 2 अधिमानतः बाध्य होते हैं। मध्यवर्ती जी. ए. आई. सांद्रता पर, डिकॉय लगभग संतृप्त हो जाते हैं, और जी. एल. 3 आबाद होने लगता है। उच्च Gαi सांद्रता पर, डिकॉय पूरी तरह से संतृप्त होते हैं और Gαi GL3 से जुड़ जाता है, जिससे पिन सक्रिय हो जाते हैं। जी. ए. आई. के जवाब में पिन की अतिसंवेदनशीलता यह सुनिश्चित करती है कि पिन केवल एपिकल कॉर्टेक्स पर सक्रिय होते हैं जहां जी. ए. आई. की सांद्रता सीमा से ऊपर होती है, जिससे अधिकतम मिट्टी की भर्ती की अनुमति मिलती है। जी. टी. पी. एस. के परिवर्तनशील व्यवहार जी. टी. पी. एस. एंजाइम हैं जो ग्वानोसिन ट्राइफॉस्फेट (जी. टी. पी.) को बांधने और हाइड्रोलाइज़ करने में सक्षम हैं। रन और रास जैसे छोटे जी. टी. पी. या तो जी. टी. पी.-बद्ध रूप (सक्रिय) या जी. डी. पी.-बद्ध रूप (निष्क्रिय) में मौजूद हो सकते हैं, और इन दोनों रूपों के बीच रूपांतरण उन्हें एक बदलाव जैसा व्यवहार प्रदान करता है। इस प्रकार, छोटे जी. टी. पी. एस. कई सेलुलर घटनाओं में शामिल होते हैं, जिसमें परमाणु स्थानांतरण और संकेत शामिल हैं। सक्रिय और निष्क्रिय अवस्थाओं के बीच संक्रमण को ग्वानीन न्यूक्लियोटाइड एक्सचेंज फैक्टर्स (जी. ई. एफ.) और जी. टी. पीज़ एक्टिवेटिंग प्रोटीन (जी. ए. पी.) द्वारा सुगम बनाया जाता है। जी. टी. पी. एस. के स्विचिंग व्यवहार पर कम्प्यूटेशनल अध्ययनों से पता चला है कि जी. टी. पी. एस.-जी. ए. पी.-जी. ई. एफ. प्रणाली अतिसंवेदनशीलता प्रदर्शित करती है। अपने अध्ययन में, लिपश्टाट एट अल। सक्रिय α2-एड्रेनर्जिक (α2R) रिसेप्टर्स से संकेतों के जवाब में रैप सक्रियण संकेत नेटवर्क पर जीईएफ और जीएपी सक्रियण के स्तरों के प्रभावों का अनुकरण किया, जिससे सक्रिय रैप जीएपी का क्षरण होता है। उन्होंने पाया कि रैप सक्रियण का स्विचिंग व्यवहार एकाग्रता में परिवर्तन के प्रति अतिसंवेदनशील था (अर्थात। आयाम) और α2R संकेत की अवधि, क्रमशः nH = 2.9 और nH = 1.7 के पहाड़ी गुणांक प्रदान करती है (nH = 1 से अधिक पहाड़ी गुणांक अतिसंवेदनशीलता की विशेषता है)। लेखकों ने एचयू-210 के साथ न्यूरोब्लास्ट का इलाज करके प्रायोगिक रूप से इसकी पुष्टि की, जो रैप जीएपी के क्षरण के माध्यम से आरएपी को सक्रिय करता है। एक निश्चित समय के लिए अलग-अलग एच. यू.-210 सांद्रता वाली कोशिकाओं का उपचार करके, और अलग-अलग समय के दौरान एक निश्चित एच. यू.-210 सांद्रता वाली कोशिकाओं का उपचार करके, एक अवधि-निर्भर तरीके से (एन. एच. = 8.6 ± 0.8), खुराक-निर्भर तरीके (एन. एच. = 5 ± 0.2) दोनों में अतिसंवेदनशीलता देखी गई। आगे की अध्ययन प्रणाली द्वारा, लेखकों ने निर्धारित किया कि (प्रतिक्रियाशीलता और अतिसंवेदनशीलता की डिग्री) दो मापदंडों पर बहुत अधिक निर्भर थीः के का प्रारंभिक अनुपात, जहां के सक्रिय जीएपी या जीईएफ की एकाग्रता और उनकी संबंधित गतिज दरों दोनों को शामिल करता है; और संकेत प्रभाव, जो सक्रिय जीएपी की क्षरण दर और या तो संकेत आयाम या संकेत अवधि का उत्पाद है। पैरामीटर जी. टी. पी. एस. स्विच की दो अवस्थाओं से संक्रमण की तीव्रता को प्रभावित करता है, जिसमें उच्च मान (~ 10) अतिसंवेदनशीलता की ओर ले जाते हैं। संकेत प्रभाव स्विचिंग बिंदु को प्रभावित करता है। इसलिए, व्यक्तिगत सांद्रता के बजाय सांद्रता के अनुपात के आधार पर, प्रणाली के स्विच जैसे व्यवहार को शून्य-क्रम व्यवस्था के बाहर भी प्रदर्शित किया जा सकता है। न्यूरोनल सिनेप्स में अतिसंवेदनशीलता और न्यूरोनल क्षमता निरंतर उत्तेजना के कारण पोस्ट-सिनेप्टिक न्यूरॉन के लिए स्पष्ट रूप से अलग परिणाम हो सकते हैं। विस्तारित कमजोर संकेत के परिणामस्वरूप दीर्घकालिक अवसाद (एल. टी. डी.) हो सकता है, जिसमें पोस्ट-सिनेप्टिक न्यूरॉन के सक्रियण के लिए एल. टी. डी. शुरू होने से पहले की तुलना में एक मजबूत संकेत की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, दीर्घकालिक सामर्थ्य (एल. टी. पी.) तब होता है जब पोस्ट-सिनेप्टिक न्यूरॉन को एक मजबूत उत्तेजना के अधीन किया जाता है, और इसके परिणामस्वरूप तंत्रिका सिनेप्स को मजबूत किया जाता है (यानी, सक्रियण के लिए कम न्यूरोट्रांसमीटर संकेत की आवश्यकता होती है)। हिप्पोकैम्पस के सीए1 क्षेत्र में, एल. टी. डी. और एल. टी. पी. के बीच निर्णय पूरी तरह से पोस्ट-सिनेप्टिक डेंड्राइटिक रीढ़ पर इंट्रासेल्युलर स्क्रिप्टस्टाइल सीए2 + के स्तर द्वारा मध्यस्थता की जाती है। निम्न स्तर की स्क्रिप्ट शैली Ca2 + (निम्न स्तर की उत्तेजना के परिणामस्वरूप) प्रोटीन फॉस्फेट कैल्सिनुरिन को सक्रिय करता है, जो LTD को प्रेरित करता है। उच्च स्तर की स्क्रिप्ट शैली Ca2 + के परिणामस्वरूप/कैलमोडुलिन-निर्भर प्रोटीन किनेज़ II (CaMCII) सक्रिय होता है, जो LTP की ओर ले जाता है। एल. टी. पी. से गुजरने के लिए एक कोशिका के लिए आवश्यक सी. ए. 2 + सांद्रता में अंतर एल. टी. डी. की तुलना में केवल मामूली रूप से अधिक है, और क्योंकि न्यूरॉन्स लगातार उत्तेजना के बाद द्विगुणता (या तो एल. टी. पी. या एल. टी. डी.) दिखाते हैं, इससे पता चलता है कि प्रणाली के एक या अधिक घटक स्विच-जैसे, या अतिसंवेदनशील तरीके से प्रतिक्रिया करते हैं। ब्रैडशॉ एट अल। यह प्रदर्शित किया कि सी. ए. एम. के. आई. आई. (एल. टी. पी. प्रेरक) एक अतिसंवेदनशील तरीके से अंतःकोशिकीय कैल्शियम के स्तर पर प्रतिक्रिया करता है, जिसमें 1 यू. एम. पर <10 प्रतिशत गतिविधि और 1.5 यू. एम. पर ~90% गतिविधि होती है, जिसके परिणामस्वरूप ~ 8 का पहाड़ी गुणांक होता है। आगे के प्रयोगों से पता चला कि इस अतिसंवेदनशीलता को कैलमोडुलिन (सी. ए. एम.) के दो अणुओं द्वारा सी. ए. एम. के. आई. आई. के सहकारी बंधन और सक्रिय सी. ए. एम. के. आई. आई. के ऑटोफॉस्फोराइलेशन द्वारा मध्यस्थता की गई थी, जिससे एक सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप होता है। इस तरह, अंतःकोशिकीय कैल्शियम निम्न स्तरों पर कैल्सिनुरिन के एक श्रेणीबद्ध, गैर-अतिसंवेदनशील सक्रियण को प्रेरित कर सकता है, जिससे एल. टी. डी. हो जाता है, जबकि सी. ए. एम. के. आई. आई. के अतिसंवेदनशील सक्रियण के परिणामस्वरूप एक सीमा अंतःकोशिकीय कैल्शियम स्तर होता है जो एक सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप उत्पन्न करता है जो संकेत को बढ़ाता है और विपरीत सेलुलर परिणाम की ओर ले जाता हैः एल. टी. पी. इस प्रकार, विभिन्न संवेदनशीलताओं वाले कई एंजाइमों के लिए एक एकल सब्सट्रेट का बंधन कोशिका के लिए एल. टी. डी. या एल. टी. पी. से गुजरने के लिए एक द्विस्तरीय निर्णय की सुविधा प्रदान करता है। विकास में अतिसंवेदनशीलता यह सुझाव दिया गया है कि शून्य-क्रम अतिसंवेदनशीलता विकास के दौरान सीमा उत्पन्न कर सकती है जिससे एक श्रेणीबद्ध मॉर्फोजेन इनपुट को द्विआधारी स्विच जैसी प्रतिक्रिया में परिवर्तित किया जा सकता है। मेलेन एट अल। (2005) ने ड्रोसोफिला भ्रूण वेंट्रल एक्टोडर्म के प्रतिरूपण में ऐसी प्रणाली के प्रमाण पाए हैं। इस प्रणाली में, श्रेणीबद्ध माइटोजेन सक्रिय प्रोटीन किनेज़ (एमएपीके) गतिविधि को एक द्विआधारी उत्पादन में परिवर्तित किया जाता है, जो यान प्रतिलेखन दमनक का पूर्ण या शून्य क्षरण है। उन्होंने पाया कि यान का एमएपीके फॉस्फोराइलेशन यान के क्षरण के लिए आवश्यक और पर्याप्त दोनों है। शून्य-क्रम अतिसंवेदनशीलता के अनुरूप यान प्रोटीन में वृद्धि ने क्षरण के लिए आवश्यक समय को बढ़ाया, लेकिन भ्रूण के विकास में यान क्षरण की सीमा पर इसका कोई प्रभाव नहीं पड़ा। उनके परिणाम एक ऐसी स्थिति के अनुरूप हैं जहां यान का एक बड़ा पूल या तो पूरी तरह से खराब हो जाता है या बनाए रखा जाता है। प्रत्येक कोशिका की विशेष प्रतिक्रिया इस बात पर निर्भर करती है कि एमएपीके द्वारा प्रतिवर्ती यान फॉस्फोराइलेशन की दर डीफॉस्फोराइलेशन से अधिक या कम है या नहीं। इस प्रकार, एम. ए. पी. के. फॉस्फोराइलेशन में एक छोटी सी वृद्धि इसे कोशिका में प्रमुख प्रक्रिया बना सकती है और यान के पूर्ण क्षरण का कारण बन सकती है। मल्टीस्टेप-फीडबैक लूप तंत्र भी अतिसंवेदनशीलता की ओर ले जाता है मल्टीस्टेप-फीडबैक लूप तंत्र भी अतिसंवेदनशीलता की ओर ले जाता है। एक मॉडल प्रणाली के रूप में यीस्ट मैटिंग माइटोजेन-एक्टिवेटेड प्रोटीन (एमएपी) किनेज पाथवे का उपयोग करते हुए इंजीनियरिंग सिंथेटिक फीडबैक लूप का परिचय देने वाला पेपर है। यीस्ट संभोग मार्ग मेंः अल्फा-कारक रिसेप्टर, स्टे2 और स्टे4 को सक्रिय करता है और सक्रिय स्टे4 स्टे5 कॉम्प्लेक्स को झिल्ली में भर्ती करता है, जिससे पी. ए. के. जैसे काइनेज स्टे20 (झिल्ली-स्थानीयकृत) को एम. ए. पी. के. के. के. स्टे11 को सक्रिय करने की अनुमति मिलती है। स्टे11 और डाउनस्ट्रीम काइनेस, स्टे7 (एमएपीकेके) और फ़ुस3 (एमएपीके), मचान पर कोलोकलाइज़ किए जाते हैं और कैस्केड के सक्रियण से प्रतिलेखन कार्यक्रम होता है। उन्होंने कोर कैस्केड के बाहर पाथवे मॉड्यूलेटर का उपयोग किया, स्टे 50 स्टे 20 द्वारा स्टे 11 के सक्रियण को बढ़ावा देता है; एमएसजी 5 (नकारात्मक, लाल) एमएपीके फॉस्फेट है जो फ्यूस 3 (Fig.2A) को निष्क्रिय करता है। उन्होंने जो बनाया वह एक नकारात्मक मॉड्यूलेटर, एम. एस. जी. 5, जो कि एम. ए. पी. के. फॉस्फेट में से एक है और प्रेरक रूप से एक सकारात्मक मॉड्यूलेटर, एस. टी. ई. 50, जो कि कोर कैस्केड (Fig.2B) के बाहर पथ मॉड्यूलेटर है, को व्यक्त करके उन्नत अतिसंवेदनशील स्विच व्यवहार के साथ परिपथ था। इस भर्ती-आधारित इंजीनियरिंग रणनीति की सफलता से पता चलता है कि सेलुलर प्रतिक्रियाओं को उच्च सटीकता के साथ पुनः क्रमादेशित करना संभव हो सकता है। फ्लैजेलर मोटर्स और केमोटैक्सिस ई. कोलाई की घूर्णन दिशा फ्लैजेलर मोटर स्विच द्वारा नियंत्रित की जाती है। रोटर के चारों ओर 34 एफ. एल. आई. एम. प्रोटीन का एक वलय चे. वाई. को बांधता है, जिसकी फॉस्फोराइलेशन स्थिति यह निर्धारित करती है कि मोटर घड़ी की दिशा में घूमती है या घड़ी की विपरीत दिशा में। तेजी से बदलने वाले तंत्र को एक अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है, जिसमें ~ 10 का पहाड़ी गुणांक होता है। इस प्रणाली को एक अपव्ययकारी एलोस्टेरिक मॉडल का पालन करने के लिए प्रस्तावित किया गया है, जिसमें घूर्णन स्विचिंग प्रोटॉन प्रेरक बल से चेवाई बाइंडिंग और ऊर्जा खपत दोनों का परिणाम है, जो फ्लैजेलर रोटेशन को भी शक्ति प्रदान करता है। एक कृत्रिम अतिसंवेदनशील संकेत मार्ग का विकास हाल ही में यह दिखाया गया है कि एक माइकलियन संकेत मार्ग को दो सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप की शुरुआत से एक अतिसंवेदनशील संकेत मार्ग में परिवर्तित किया जा सकता है। इस कृत्रिम जीव विज्ञान दृष्टिकोण में, पलानी और सरकार ने एक रैखिक, श्रेणीबद्ध प्रतिक्रिया मार्ग के साथ शुरुआत की, एक ऐसा मार्ग जिसने इनपुट की एक निश्चित सीमा पर सिग्नल इनपुट की मात्रा के सापेक्ष सिग्नल आउटपुट में आनुपातिक वृद्धि दिखाई। यह सरल मार्ग एक झिल्ली रिसेप्टर, एक काइनेज और एक प्रतिलेखन कारक से बना था। सक्रिय होने पर झिल्ली रिसेप्टर फॉस्फोराइलेट्स काइनेज, जो नाभिक में जाता है और फॉस्फोराइलेट्स प्रतिलेखन कारक, जो जीन अभिव्यक्ति को चालू करता है। इस श्रेणीबद्ध प्रतिक्रिया प्रणाली को एक अतिसंवेदनशील, या स्विच जैसे संकेत मार्ग में बदलने के लिए, जांचकर्ताओं ने दो सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप बनाए। इंजीनियर प्रणाली में, झिल्ली रिसेप्टर के सक्रियण के परिणामस्वरूप रिसेप्टर और प्रतिलेखन कारक दोनों की अभिव्यक्ति में वृद्धि हुई। यह दोनों जीनों के ऊपर की ओर इस प्रतिलेखन कारक के लिए एक विशिष्ट प्रवर्तक को रखकर पूरा किया गया था। लेखक यह प्रदर्शित करने में सक्षम थे कि सिंथेटिक मार्ग उच्च अतिसंवेदनशीलता और द्विगुणता प्रदर्शित करता है। एक अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया की उपस्थिति पर एक संकेत प्रोटीन की सांद्रता के प्रभावों के हाल के कम्प्यूटेशनल विश्लेषण ने एक अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया के लिए एक श्रेणीबद्ध प्रतिक्रिया के रूपांतरण पर एक संकेत प्रोटीन की सांद्रता के प्रभाव के बारे में पूरक निष्कर्ष निकाले हैं। सकारात्मक प्रतिक्रिया के माध्यम से संकेत देने वाले प्रोटीन की पीढ़ी पर ध्यान केंद्रित करने के बजाय, अध्ययन ने इस बात पर ध्यान केंद्रित किया कि प्रणाली से संकेत देने वाले प्रोटीन के बाहर निकलने की गतिशीलता प्रतिक्रिया को कैसे प्रभावित करती है। सोयेर, कुवाहारा और सिसिकाज़-नैगी ने एक प्रोटीन (पी) से बना एक संकेत मार्ग तैयार किया जिसमें दो संभावित अवस्थाएँ (अपरिवर्तित पी या संशोधित पी *) होती हैं और इसे आने वाले उत्तेजना ई द्वारा संशोधित किया जा सकता है। इसके अलावा, जबकि अपरिवर्तित रूप, पी, को प्रणाली में प्रवेश करने या छोड़ने की अनुमति है, पी * को केवल छोड़ने की अनुमति है (यानी। यह कहीं और उत्पन्न नहीं होता है)। इस प्रणाली के मापदंडों को बदलने के बाद, शोधकर्ताओं ने पाया कि पी से पी * का संशोधन एक दूसरे के सापेक्ष पी और पी * की निकास दरों के संशोधन के माध्यम से एक श्रेणीबद्ध प्रतिक्रिया और एक अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया के बीच स्थानांतरित हो सकता है। ई के लिए एक अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया से संक्रमण और ई के लिए एक श्रेणीबद्ध प्रतिक्रिया तब उत्पन्न हुई जब दोनों दरें पी से पी * में परिवर्तन के गतिविज्ञान की परवाह किए बिना अत्यधिक समान से अत्यधिक भिन्न हो गईं। यह खोज कम से कम दो चीजों का सुझाव देती हैः 1) यह सरल धारणा कि किसी प्रणाली में संकेत अणुओं का स्तर स्थिर रहता है, अतिसंवेदनशीलता की जटिलता की समझ को गंभीर रूप से सीमित कर सकता है; और 2) रुचि की प्रणाली पर कब्जा करने वाले संकेत अणुओं के प्रवेश और निकास की दरों को विनियमित करके कृत्रिम रूप से अतिसंवेदनशीलता को प्रेरित करना या रोकना संभव हो सकता है। मॉडुलरिटी में सीमाएँ यह दिखाया गया है कि ऊपर की ओर और नीचे की ओर घटकों के साथ दिए गए सिंथेटिक अतिसंवेदनशील मॉड्यूल का एकीकरण अक्सर इसकी सूचना-प्रसंस्करण क्षमताओं को बदल देता है। डिजाइन प्रक्रिया में इन प्रभावों को ध्यान में रखा जाना चाहिए। लॉजिस्टिक फंक्शन हेविसाइड स्टेप फंक्शन स्टिमुलस (फिजियोलॉजी) हिल इक्वेशन (बायोकेमिस्ट्री) संदर्भ आणविक जीव विज्ञान भी देखें।