Ritme circadià

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure.
Saltar a la navegació Saltar a la cerca
Algunes característiques del rellotge biològic circadià humà

El ritme circadià , en cronobiologia i en cronopsicologia , és un ritme caracteritzat per un període d’unes 24 hores.

El terme "circadià", encunyat per Franz Halberg , prové del llatí circa diem i significa "tot el dia".

El primer a endevinar que els ritmes observats podrien tenir un origen endogen va ser el científic francès Jean-Jacques d'Ortous de Mairan que el 1729 va notar que els patrons de 24 hores en els moviments de les plantes continuaven fins i tot quan es mantenien en una foscor constant. .

Alguns exemples són el ritme de vigília-son, la velocitat de secreció de cortisol i altres substàncies biològiques, la velocitat de variació de la temperatura corporal i altres paràmetres relacionats amb el sistema circulatori . A més dels ritmes circadians, s’han identificat i estudiat diversos circasweek, circamens i ritmes circanuals.

Origen

Es creu que els ritmes circadians s’originen en protocel·les, amb l’objectiu de protegir la replicació de l’ ADN de les altes radiacions ultraviolades durant el dia. Com a resultat, la replicació va tenir lloc a les fosques. El fong Neurospora , que encara existeix avui en dia, conté aquest mecanisme regulador.

El rellotge circadià més simple conegut és el del cianobacteri procariota. Investigacions recents han demostrat que el rellotge circadià Synechococcus elongatus es pot reconstituir in vitro amb només tres proteïnes oscil·ladores centrals. S'ha demostrat que aquest rellotge manté un ritme de 22 hores durant diversos dies amb l'addició d' ATP . Les explicacions prèvies d’aquest mesurador de temps circarià procariota depenien del mecanisme de retroalimentació de la transcripció / traducció d’ADN i, tot i que no sembla que sigui el cas, sembla ser cert per a tots els organismes eucariotes . De fet, tot i que els sistemes circadians d'eucariotes i procariotes tenen la mateixa arquitectura bàsica (una entrada - un oscil·lador central - una sortida) no comparteixen la mateixa homologia. Probablement això implica orígens independents.

Descripció i característiques

Depenen d'un sistema circadià endogen, una mena de "rellotge intern" complex de l'organisme que es manté sincronitzat amb el cicle natural del dia i la nit a través d'estímuls naturals com la llum solar i la temperatura ambient , així com estímuls de naturalesa social. (per exemple, dinar familiar sempre a la mateixa hora). En absència d’aquests estímuls sincronitzadors (per exemple en experiments realitzats en coves o en apartaments especialment construïts) els ritmes continuen sent presents, però el seu període pot establir-se en valors diferents, per exemple, el cicle estela-son tendeix a allargar-se fins a 36 hores, mentre que el cicle de canvi de temperatura corporal passa a ser d’unes 25 hores.

Els ritmes circadians són importants per determinar els patrons de son i vigília de tots els animals, inclosos els humans. Hi ha patrons clars d’ activitat cerebral , producció d’ hormones , regeneració cel·lular i altres activitats biològiques relacionades amb aquest cicle diari.

El ritme està lligat al cicle llum-foscor. Els animals mantinguts en foscor total durant llargs períodes funcionen a un ritme de "lliure regulació". Cada "dia" el cicle del son avança o retrocedeix en funció de si el seu període endogen és més llarg o inferior a 24 hores. Els estímuls ambientals que reajusten els ritmes cada dia s’anomenen Zeitgebers (en alemany , que significa literalment: "el que dóna el temps"). Curiosament, els mamífers totalment subterranis (com el ratolí cec d’ espalax ) són capaços de mantenir el rellotge intern en absència d’estímuls externs.

En humans que s'han aïllat voluntàriament a les coves i sense estímuls externs, s'ha observat que el ritme circadià son-vigília tendeix a allargar-se progressivament fins a "dies" de 36 hores. Per tant, el paper de la llum solar sembla ser fonamental com a regulador del rellotge intern.

El marcapassos circadià, la part del cos que dicta el ritme, en els mamífers es troba al nucli supraciasmàtic (SCN), un grup definit de cèl·lules ubicades a l’ hipotàlem . La destrucció del SCN provoca alteracions en diversos ritmes sincronitzats al seu torn amb el circadià, inclosa la son / vigília, però les cèl·lules de diversos teixits perifèrics mantenen la seva pròpia ritmicitat intrínseca d’expressió gènica fins i tot si s’explanta i es cultiva in vitro. Aquest procés implica llavors una font central de ritme (SCN) capaç de sincronitzar-se amb l'exterior que envia senyals al seu torn per sincronitzar la ritmicitat intrínseca expressada en diversos altres teixits. De fet, el SCN rep informació de la retina . Això no només conté els fotoreceptors que fa servir el sistema que crea imatges visuals (cons i varetes), sinó també cèl·lules ganglionars intrínsecament fotosensibles que donen una indicació de la quantitat de llum present. Aquestes cèl·lules, que contenen un fotopigment anomenat melanopsina , són aferents pel tracte retinohipotalàmic al SCN que mitjançant altres projeccions regula la producció d’hormones com la melatonina o els glucocorticoides , que afecten, per exemple, l’estat del son o la vigília. Curiosament, si les cèl·lules del SCN s’eliminen i es cultiven al laboratori, mantenen el seu ritme en absència d’estímuls externs. [1]

Les plantes són organismes sensibles i, per tant, estan estretament relacionades amb el seu entorn. La capacitat de sincronització amb els canvis diaris de temperatura i llum són de gran benefici per a les plantes. Per exemple, el cicle circadià exerceix una contribució essencial a la fotosíntesi , permetent posteriorment augmentar el creixement i la supervivència de les pròpies plantes.

La llum i el rellotge biològic

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Fotoperiodisme .

La capacitat de la llum per restablir el rellotge biològic depèn de la corba de resposta de fase (a la llum). Depenent de l’etapa del son, la llum pot avançar o endarrerir el ritme circadià. La il·luminació necessària varia d’espècie a espècie: en rosegadors nocturns, per exemple, és suficient una disminució de la llum molt inferior a la dels humans per restablir el rellotge biològic.

A més de la intensitat de la llum, la longitud d’ona (o color) de la llum és un factor important per determinar el grau de restabliment del rellotge. La melanopsina s’excita de manera més eficaç amb la llum blava (420-440 nm ). [2]

Nota

  1. ^ "Nucli supraciasmàtic: autonomia cel·lular i propietats de xarxa"> David K. Welsh, Joseph S. Takahashi i Steve A. Kay, Nucli supraciasmàtic: autonomia cel·lular i propietats de xarxa , su ncbi.nlm.nih.gov , 30 d'agost de 2013 URL consultat gratuïtament .
  2. ^ Newman LA, Walker MT, Brown RL, Cronin TW, Robinson PR: "La melanopsina forma un fotopigment funcional de longitud d'ona curta", Bioquímica. 11 de novembre de 2003; 42 (44): 12734-8.

Bibliografia

  • Aschoff J (ed.) (1965) Circadian Clocks . North Holland Press, Amsterdam
  • Avivi A, Albrecht U, Oster H, Joel A, Beiles A, Nevo E. 2001. Rellotge biològic en foscor total: el sistema circadià Clock / MOP3 de la rata talp subterrània cega. Proc Natl Acad Sci USA 98: 13751-13756.
  • Avivi A, Oster H, Joel A, Beiles A, Albrecht U, Nevo E. 2002. Gens circadians en un mamífer subterrani cec II: conservació i singularitat dels tres homòlegs del període a la rata talp subterrània cega, superespècie Spalax ehrenbergi . Proc Natl Acad Sci USA 99: 11718-11723.
  • Ditty JL, Williams SB, Golden SS (2003) Un mecanisme de sincronització circadiana cianobacteriana. 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) Origen i evolució dels gens del rellotge circadià en procariotes. Proc Natl Acad Sci EUA 100: 2495-2500
  • Koukkari WL, Sothern RB (2006) Introducció de ritmes biològics . Springer, Nova York
  • Martino T, Arab S, Straume M, Belsham DD, Tata N, Cai F, Liu P, Trivieri M, Ralph M, Sole MJ. Ritmes dia / nit en l’expressió gènica del cor murí normal. J Mol Med. 2004 abril; 82 (4): 256-64. Epub 2004, 24 de febrer. PMID 14985853
  • Refinetti R (2006) Fisiologia circadiana, 2a ed . CRC Press, Boca Raton
  • Takahashi JS, Zatz M (1982) Regulació de la ritmicitat circadiana. Ciència 217: 1104–1111
  • Tomita J, Nakajima M, Kondo T, Iwasaki H (2005) No hi ha transcripció: retroacció de la traducció al ritme circadià de la fosforilació KaiC. Ciència 307: 251-254

Articles relacionats

Altres projectes

Enllaços externs

Control de l'autoritat LCCN (EN) sh85026049 · GND (DE) 4078131-8