تشارك الساعة البيولوجية في العديد من جوانب تنظيم علم وظائف الأعضاء المعقد في جميع. كان ذلك في عام 1935 عندما اكتشف علماء الألمان ، هانز كالموس وإروين بونينغ ، وجود إيقاع الساعة البيولوجية في ذبابة الفاكهة السوداء. ومع ذلك ، ظلت الآليات الجزيئية الداخلية وراء الساعة البيولوجية لغزا حتى عام 1984 ، عندما اكتشف جيفري سي هول ومايكل روزباش ومايكل دبليو يونغ التعبير عن جين Per الذي يتأرجح على مدار دورة مدتها 24 ساعة. في السنوات اللاحقة ، تم تحديد العديد من الجينات الأخرى المرتبطة ، وتم الكشف عن آلية تنظيم إيقاعات الساعة البيولوجية. تم الاعتراف بمساهمة جيفري سي هول ومايكل روزباش ومايكل دبليو يونغ في فهم الساعات البيولوجية الداخلية بجائزة نوبل لعلم وظائف الأعضاء أو الطب في عام 2017.

الآلية الجزيئية لإيقاعات الساعة البيولوجية

في ذبابة الفاكهة ، بروتين الفترة (PER) هو البروتين التنظيمي الرئيسي الذي يتحكم في إيقاعات الساعة البيولوجية الداخلية في الخلايا. يشكل PER مركبا مع بروتين أساسي آخر يسمى Timeless (TIM) ويدخل النواة. هنا ، يمكنه تنظيم مستويات تعبير PER في الخلية من خلال تثبيط التغذية الراجعة. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يتحكم أيضا في التعبير عن الجينات الأخرى عن طريق تثبيط نشاط منشطات النسخ الساعة والدورة. الأهم من ذلك ، أن استقرار مجمع PER / TIM يعتمد على وجود أو عدم وجود الضوء ، مما يعني أنه يتدهور في ظل ظروف النهار. والنتيجة هي أن التعبير عن الجينات في اتجاه مجرى مركب PER / TIM يتم التحكم فيه عن طريق الضوء ، وتسمح هذه الظاهرة بمزامنة الساعة البيولوجية.

في الثدييات ، يعمل تنظيم إيقاع الساعة البيولوجية بطريقة مشابهة جدا. ومع ذلك ، نظرا لإضافة العديد من جينات Paralog ، فإن تنظيم المسار بأكمله أكثر تعقيدا مما هو عليه ذبابة الفاكهة.

أهمية إيقاعات الساعة البيولوجية

تطورت جميع الكائنات الحية على الأرض في وجود دورات نهارية / ليلية على مدار 24 ساعة وكيفت استجاباتها الخلوية والفسيولوجية والسلوكية وفقا لذلك. على سبيل المثال ، يتم التحكم في الدورات النهارية للنوم والاستيقاظ ودرجة حرارة الجسم وإفراز الهرمونات في الثدييات من خلال إيقاعات الساعة البيولوجية. يمكن أن تؤدي إيقاعات الساعة البيولوجية غير المنتظمة إلى العديد من المشكلات الصحية ، مثل الاضطراب ثنائي القطب أو اضطرابات النوم. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي اضطراب إيقاعات الساعة البيولوجية إلى آثار ضارة على أنظمة أخرى من الجسم ، بما في ذلك نظام القلب والأوعية الدموية.