Biology.gr

biology lessons, on line lessons in biology, IB biology lessons and biology news, Μαθήματα βιολογίας για πανελλαδικές εξετάσεις, βοηθήματα, φροντιστήριο βιολογίας, βιολογικά νέα, Νίκος Μπαμπίλης

Η ζωή στη Γη είναι προσαρμοσμένη στην περιστροφή του πλανήτη μας. Για πολλά χρόνια γνωρίζαμε ότι οι ζώντες οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, έχουν ένα εσωτερικό βιολογικό ρολόι που τους βοηθά να προβλέπουν και να προσαρμόζονται στον κανονικό ρυθμό της ημέρας. Αλλά πώς λειτουργεί αυτό το ρολόι; Ο Jeffrey C. Hall, ο Michael Rosbash και ο Michael W. Young κατάφεραν να εξετάσουν το βιολογικό μας ρολόι και να διασαφηνίσουν την εσωτερική του λειτουργία. Οι ανακαλύψεις τους εξηγούν πώς τα φυτά, τα ζώα και οι άνθρωποι προσαρμόζουν τον βιολογικό ρυθμό τους έτσι ώστε να συγχρονίζονται με την περιστροφή της Γης.

Χρησιμοποιώντας φρουτόμυγες ως πρότυπο οργανισμό, οι ερευνητές απομόνωσαν ένα γονίδιο που ελέγχει τον καθημερινό βιολογικό ρυθμό. Έδειξαν ότι αυτό το γονίδιο κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη που συσσωρεύεται στο κύτταρο κατά τη διάρκεια της νύχτας και στη συνέχεια μειώνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας. Στη συνέχεια, εντόπισαν πρόσθετα συστατικά της πρωτεΐνης αυτού του μηχανισμού που διέπει το αυτοσυντηρούμενο ρολόι μέσα στο κύτταρο. Είναι γνωστό ότι τα βιολογικά ρολόγια λειτουργούν με τις ίδιες αρχές σε κύτταρα άλλων πολυκύτταρων οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.

Με εξαιρετική ακρίβεια, το εσωτερικό μας ρολόι προσαρμόζει τη φυσιολογία μας στις δραματικά διαφορετικές φάσεις της ημέρας. Το ρολόι ρυθμίζει τις κρίσιμες λειτουργίες όπως η συμπεριφορά, τα επίπεδα ορμονών, ο ύπνος, η θερμοκρασία του σώματος και ο μεταβολισμός. Η ευημερία μας επηρεάζεται όταν υπάρχει προσωρινή αναντιστοιχία μεταξύ του εξωτερικού μας περιβάλλοντος και αυτού του εσωτερικού βιολογικού ρολογιού, για παράδειγμα όταν ταξιδεύουμε σε διάφορες ζώνες ώρας και βιώνουμε "jet lag". Υπάρχουν επίσης ενδείξεις ότι η χρόνια απόκλιση μεταξύ του τρόπου ζωής και του ρυθμού που υπαγορεύει ο εσωτερικός χρονομέτρης μας συνδέεται με αυξημένο κίνδυνο για διάφορες ασθένειες.

Το εσωτερικό ρολόι μας

Οι περισσότεροι ζωντανοί οργανισμοί αναμένουν και προσαρμόζονται στις καθημερινές αλλαγές του περιβάλλοντος. Κατά τη διάρκεια του 18ου αιώνα, ο αστρονόμος Jean Jacques d'Ortous de Mairan μελέτησε τα φυτά mimosa και διαπίστωσε ότι τα φύλλα άνοιξαν προς τον ήλιο κατά τη διάρκεια της ημέρας και έκλεισαν το σούρουπο. Αναρωτιόταν τι θα συμβεί εάν το φυτό τοποθετηθεί σε συνεχές σκοτάδι.

Διαπίστωσε ότι ανεξάρτητα από το ηλιακό φως, τα φύλλα συνέχιζαν να ακολουθούν την κανονική καθημερινή τους ταλάντωση. Τα φυτά φαινόταν να έχουν το δικό τους βιολογικό ρολόι.

Άλλοι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όχι μόνο τα φυτά, αλλά και τα ζώα και οι άνθρωποι, έχουν ένα βιολογικό ρολόι που βοηθά στην προετοιμασία της φυσιολογίας μας για τις διακυμάνσεις της ημέρας. Αυτή η τακτική προσαρμογή αναφέρεται ως ο κιρκαδικός ρυθμός (circadian rhythm), που προέρχεται από τις λατινικές λέξεις circa που σημαίνει "γύρω" και dies που ερμηνεύεται ως "ημέρα". Αλλά ακριβώς πώς λειτουργεί το εσωτερικό μας εργαστήριο βιολογικού ρολογιού παρέμεινε ένα μυστήριο.

Αναγνώριση του γονιδίου

Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1970, ο Seymour Benzer και ο μαθητής του Ronald Konopka ρώτησαν αν θα ήταν δυνατό να εντοπιστούν γονίδια που ελέγχουν τον κιρκαδικό ρυθμό στις φρουτόμυγες. Έδειξαν ότι οι μεταλλάξεις σε ένα άγνωστο γονίδιο απορρύθμισαν το κιρκαδικό ρολόι στις μύγες. Ονόμασαν αυτό το γονίδιο period. Αλλά πώς θα μπορούσε αυτό το γονίδιο να επηρεάσει τον κιρκάδιο ρυθμό;

Οι φετινοί βραβευθέντες με βραβείο Νόμπελ, οι οποίοι μελετούσαν επίσης τις φρουτόμυγες, είχαν ως στόχο να ανακαλύψουν πώς λειτουργεί το ρολόι. Το 1984, ο Jeffrey Hall και ο Michael Rosbash, συνεργάστηκαν στο Πανεπιστήμιο Brandeis στη Βοστόνη, με τον Michael Young από το Πανεπιστήμιο Rockefeller της Νέας Υόρκης,  και κατάφεραν να απομονώσουν το γονίδιο period. Ο Jeffrey Hall και ο Michael Rosbash συνέχισαν να ανακαλύπτουν ότι η PER, η πρωτεΐνη που κωδικοποιείται από τo period, συσσωρεύτηκε κατά τη διάρκεια της νύχτας και μειώθηκε κατά τη διάρκεια της ημέρας. Έτσι, τα επίπεδα της πρωτεΐνης PER κυμαίνονται σε έναν κύκλο 24 ωρών, σε συγχρονισμό με τον κιρκαδικό ρυθμό.

Αυτορυθμιζόμενος μηχανισμός ρολογιού

Ο επόμενος βασικός στόχος ήταν να καταλάβουμε πώς τέτοιες κιρκαδικές ταλαντώσεις θα μπορούσαν να δημιουργηθούν και να διατηρηθούν. Ο Jeffrey Hall και ο Michael Rosbash υποθέτουν ότι η πρωτεΐνη PER ανέστειλε τη δραστηριότητα του γονιδίου period. Υποστήριξαν ότι με το μηχανισμό της αρνητικής ανατροφοδότησης, η πρωτεΐνη PER θα μπορούσε να αποτρέψει τη δική της σύνθεση και έτσι να ρυθμίσει το δικό της επίπεδο σε ένα συνεχές, κυκλικό ρυθμό.

Το μοντέλο ήταν εντυπωσιακό, αλλά λίγα κομμάτια του παζλ έλειπαν. Για να εμποδίσει τη δραστηριότητα του γονιδίου period, η πρωτεΐνη PER, η οποία παράγεται στο κυτταρόπλασμα, θα πρέπει να φθάσει στον πυρήνα του κυττάρου, όπου βρίσκεται το γενετικό υλικό. Ο Jeffrey Hall και ο Michael Rosbash είχαν δείξει ότι η πρωτεΐνη PER συσσωρεύεται στον πυρήνα κατά τη διάρκεια της νύχτας, αλλά πώς πήγε εκεί; Το 1994 ο Michael Young ανακάλυψε ένα δεύτερο γονίδιο ρολογιού, διαχρονικό, που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη TIM που απαιτείται για ένα φυσιολογικό κιρκαδικό ρυθμό. Έδειξε ότι όταν η ΤΙΜ δεσμεύεται στην PER, οι δύο πρωτεΐνες ήταν ικανές να εισέλθουν στον πυρήνα του κυττάρου όπου παρεμπόδιζαν την δραστηριότητα γονιδίου period αναστέλλοντας τη δράση του αρνητικού μηχανισμού ανατροφοδότησης.

Ένας τέτοιος ρυθμιστικός μηχανισμός ανατροφοδότησης εξήγησε πώς προέκυψε αυτή η ταλάντωση των κυτταρικών πρωτεϊνικών επιπέδων, αλλά οι ερωτήσεις παρέμειναν. Τι ελέγχει τη συχνότητα των ταλαντώσεων; Ο Michael Young εντόπισε ακόμα ένα γονίδιο, διπλασιασμένο, που κωδικοποιεί τη πρωτεΐνη DBT που καθυστέρησε τη συσσώρευση της πρωτεΐνης PER. Αυτό έδωσε την εικόνα για το πώς μια ταλάντωση προσαρμόζεται για να ταιριάζει περισσότερο με έναν κύκλο 24 ωρών.

Οι ανακαλύψεις από τους βραβευθέντες καθιέρωσαν βασικές μηχανιστικές αρχές για το βιολογικό ρολόι. Κατά τη διάρκεια των επόμενων ετών διευκρινίστηκαν άλλα μοριακά συστατικά του μηχανισμού αυτού, εξηγώντας τη σταθερότητα και τη λειτουργία του. Για παράδειγμα, οι φετινοί βραβευθέντες αναγνώρισαν πρόσθετες πρωτεΐνες που απαιτούνται για την ενεργοποίηση του γονιδίου period, καθώς και για τον μηχανισμό με τον οποίο το φως μπορεί να συγχρονίσει το ρολόι

Print Friendly, PDF & Email

Leave a Reply


  • RSS
  • Delicious
  • Digg
  • Facebook
  • Twitter
  • Linkedin
  • Youtube

Search Site

Δημοφιλή Αρθρα

Α Λυκείου: Τράπεζα θεμάτων Βιολογία (Με Απαντήσεις) 410σελ

Όλα τα θέματα (Β, Δ) απαντημένα κατά σειρά.  Από το 724-8310.Περιέχει ...

Επικοινωνία

210-3809488 nbab@biology.grΑΘΗΝΑ: ΓΡΑΒΙΑΣ 10-12 ΜΑΡΟΥΣΙ: ΕΡΜΟΥ & ΠΛΑΣΤΗΡΑ ΑΓ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ: ΑΓ ΙΩΑΝΝΟΥ  ΓΛΥΦΑΔΑ - ...

ΒΑΣΕΙΣ ΙΑΤΡΙΚΗΣ 2017 ...

... με βάση τα στατιστικά των τελευταίων 5 ετών (% ...

Επιτυχόντες 1994

Αναγνωστοπούλου Ντίνα Ιατρική ΑθήναςΑποστολάκη Μαρία Βιολογία ΑθήναςΒελτσίστα Στέλλα Ιατρική ΑθήναςΓιαννακάκου Δήμητρα Ιατρική ΙωαννίνωνΓομάτος Ηλίας Ιατρική ...

Η επένδυση στην υγεία των παιδιών....

 ....η μεγαλύτερη επένδυση του κράτους ALEXIOS-FOTIOS MENTIS Medical doctorHellenic Pasteur Institute The ...