Ritm circadian

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Unele caracteristici ale ceasului biologic circadian uman

Ritmul circadian , în cronobiologie și în cronopsihologie , este un ritm caracterizat printr-o perioadă de aproximativ 24 de ore.

Termenul „circadian”, inventat de Franz Halberg , provine din latina circa diem și înseamnă „în jurul zilei”.

Primul care a ghicit că ritmurile observate ar putea fi de origine endogenă a fost omul de știință francez Jean-Jacques d'Ortous de Mairan, care în 1729 a observat că modelele de 24 de ore din mișcările plantelor au continuat chiar și atunci când au fost ținute în întuneric constant. .

Exemple sunt ritmul veghe-somn, rata de secreție a cortizolului și a altor substanțe biologice, rata modificării temperaturii corpului și alți parametri legați de sistemul circulator . Pe lângă ritmurile circadiene, au fost identificate și studiate diverse circasweek, circamens și ritmuri circannuale.

Origine

Se crede că ritmurile circadiene provin din protocoale, cu scopul de a proteja replicarea ADN- ului de radiațiile ultraviolete ridicate în timpul zilei. Ca urmare, replicarea a avut loc în întuneric. Ciuperca Neurospora , care există și astăzi, conține acest mecanism de reglare.

Cel mai simplu ceas circadian cunoscut este cel al cianobacteriei procariote. Cercetări recente au arătat că ceasul circadian Synechococcus elongatus poate fi reconstituit in vitro cu doar trei proteine ​​oscilatoare centrale. S-a demonstrat că acest ceas susține un ritm de 22 de ore timp de câteva zile cu adăugarea de ATP . Explicațiile anterioare ale acestui contor de timp circariian procariot au fost dependente de transcrierea ADN / mecanismul de feedback al traducerii și, deși acest lucru nu pare să fi fost cazul, pare a fi adevărat pentru toate organismele eucariote . Într-adevăr, deși sistemele circadiene de eucariote și procariote au aceeași arhitectură de bază (o intrare - un oscilator central - o ieșire) nu împărtășesc aceeași omologie. Acest lucru implică probabil origini independente.

Descriere și caracteristici

Acestea depind de un sistem circadian endogen, un fel de „ceas intern” complex al organismului care se menține sincronizat cu ciclul natural al zilei și al nopții prin stimuli naturali precum lumina soarelui și temperatura ambiantă , precum și stimuli de natură socială. (de exemplu, prânzul de familie întotdeauna în același timp). În absența acestor stimuli sincronizatori (de exemplu în experimentele efectuate în peșteri sau în apartamente special construite), ritmurile continuă să fie prezente, dar perioada lor se poate stabili pe valori diferite, de exemplu ciclul trezire-somn tinde să se lungească până la 36 ore, în timp ce ciclul de schimbare a temperaturii corpului devine de aproximativ 25 de ore.

Ritmurile circadiene sunt importante în determinarea tiparelor de somn și trezire ale tuturor animalelor, inclusiv ale oamenilor. Există modele clare de activitate cerebrală , producție de hormoni , regenerare celulară și alte activități biologice legate de acest ciclu zilnic.

Ritmul este legat de ciclul lumină-întuneric. Animalele ținute în întuneric total pentru perioade lungi de timp funcționează într-un ritm de „reglare liberă”. În fiecare „zi” ciclul lor de somn avansează sau regresează în funcție de faptul dacă perioada lor endogenă este mai lungă sau mai scurtă de 24 de ore. Stimulii de mediu care resetează ritmurile în fiecare zi sunt numiți Zeitgebers ( germană , literalmente însemnând: „ dăruitorii timpului”). Interesant este că mamiferele total subterane (cum ar fi șoarecele orb spalax ) sunt capabile să-și mențină ceasul intern în absența stimulilor externi.

La oamenii care s-au izolat voluntar în peșteri și fără stimuli externi, s-a observat că ritmul circadian de somn-veghe tinde progresiv să se prelungească, până la „zile” de 36 de ore. Prin urmare, rolul luminii solare pare a fi fundamental ca regulator al ceasului intern.

Pacemakerul circadian, partea corpului care dictează ritmul, la mamifere se află în nucleul suprachiasmatic (SCN), un grup definit de celule situate în hipotalamus . Distrugerea SCN determină modificări ale diferitelor ritmuri sincronizate la rândul său cu cel circadian, inclusiv somnul / veghe, dar celulele diferitelor țesuturi periferice își păstrează propria ritmicitate intrinsecă a expresiei genice chiar dacă sunt explantate și cultivate in vitro. Acest proces implică apoi o sursă centrală de ritm (SCN) capabilă să se sincronizeze cu exteriorul care trimite semnale pe rând pentru a sincroniza ritmicitatea intrinsecă exprimată în diferite alte țesuturi. De fapt, SCN primește informații de la retină . Acesta conține nu numai fotoreceptorii utilizați de sistemul care creează imagini vizuale (conuri și tije), ci și celule ganglionare fotosensibile intrinsec care oferă o indicație a cantității de lumină prezentă. Aceste celule, care conțin un fotopigment numit melanopsină , aferente prin tractul retinohipotalamic către SCN care prin alte proiecții reglează producția de hormoni precum melatonina sau glucocorticoizii , care afectează, de exemplu, starea de somn sau veghe. Interesant, dacă celulele din SCN sunt îndepărtate și cultivate în laborator, acestea își mențin ritmul în absența stimulilor externi. [1]

Plantele sunt organisme sensibile și, prin urmare, sunt strâns legate de mediul înconjurător. Capacitatea de sincronizare cu schimbările zilnice de temperatură și lumină sunt de mare beneficiu pentru plante. De exemplu, ciclul circadian exercită o contribuție esențială la fotosinteză , permițând ulterior să crească creșterea și supraviețuirea plantelor.

Lumina și ceasul biologic

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Fotoperiodism .

Capacitatea luminii de a reseta ceasul biologic depinde de curba de răspuns de fază (la lumină). În funcție de stadiul somnului, lumina poate avansa sau întârzia ritmul circadian. Iluminarea necesară variază de la specie la specie: la rozătoarele nocturne, de exemplu, o scădere a luminii mult mai mică decât la oameni este suficientă pentru a reseta ceasul biologic.

În plus față de intensitatea luminii, lungimea de undă (sau culoarea) luminii este un factor important în determinarea gradului de resetare a ceasului. Melanopsina este cel mai eficient excitată de lumina albastră (420-440 nm ). [2]

Notă

  1. ^ "Nucleul suprachiasmatic: autonomia celulei și proprietățile rețelei"> David K. Welsh, Joseph S. Takahashi și Steve A. Kay, Nucleul suprachiasmatic: autonomia celulei și proprietățile rețelei , su ncbi.nlm.nih.gov , 30 august 2013 URL-ul a consultat gratuit .
  2. ^ Newman LA, Walker MT, Brown RL, Cronin TW, Robinson PR: "Melanopsina formează un fotopigment funcțional cu lungime de undă scurtă", Biochimie. 11 noiembrie 2003; 42 (44): 12734-8.

Bibliografie

  • Aschoff J (ed.) (1965) Circadian Clocks . North Holland Press, Amsterdam
  • Avivi A, Albrecht U, Oster H, Joel A, Beiles A, Nevo E. 2001. Ceas biologic în întuneric total: sistemul circadian Clock / MOP3 al șobolanului subteran orb subteran. Proc Natl Acad Sci SUA 98: 13751-13756.
  • Avivi A, Oster H, Joel A, Beiles A, Albrecht U, Nevo E. 2002. Genele circadiene într-un mamifer subteran orb II: conservarea și unicitatea celor trei omologi de perioadă la șobolanul subteran orb subteran, superspecie Spalax ehrenbergi . Proc Natl Acad Sci SUA 99: 11718-11723.
  • Ditty JL, Williams SB, Golden SS (2003) Un mecanism de sincronizare circadiană cianobacteriană. Annu Rev Genet 37: 513-543
  • Dunlap JC, Loros J, DeCoursey PJ (2003) Chronobiology: Biological Timekeeping . Sinauer, Sunderland
  • Dvornyk V, Vinogradova ON, Nevo E (2003) Originea și evoluția genelor de ceas circadian în procariote. Proc Natl Acad Sci SUA 100: 2495-2500
  • Koukkari WL, Sothern RB (2006) Introducerea ritmurilor biologice . Springer, New York
  • Martino T, Arab S, Straume M, Belsham DD, Tata N, Cai F, Liu P, Trivieri M, Ralph M, Sole MJ. Ritmuri zi / noapte în expresia genică a inimii murine normale. J Mol Med. 2004 apr; 82 (4): 256-64. Epub 2004 Feb 24. PMID 14985853
  • Refinetti R (2006) Fiziologie circadiană, ed . A II-a . CRC Press, Boca Raton
  • Takahashi JS, Zatz M (1982) Reglarea ritmicității circadiene. Știința 217: 1104–1111
  • Tomita J, Nakajima M, Kondo T, Iwasaki H (2005) Fără transcripție - feedback de traducere în ritm circadian al fosforilării KaiC. Știința 307: 251-254

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN (EN) sh85026049 · GND (DE) 4078131-8