Ritmo circadiano

Da Wikipédia, a enciclopédia livre.
Ir para a navegação Ir para a pesquisa
Algumas características do relógio biológico circadiano humano

O ritmo circadiano , na cronobiologia e na cronopsicologia , é um ritmo caracterizado por um período de cerca de 24 horas.

O termo "circadiano", cunhado por Franz Halberg , vem do latim circa diem e significa "em torno do dia".

O primeiro a adivinhar que os ritmos observados poderiam ser de origem endógena foi o cientista francês Jean-Jacques d'Ortous de Mairan que, em 1729, notou que os padrões de 24 horas nos movimentos das plantas continuavam mesmo quando eram mantidas em constante escuridão. .

Exemplos são o ritmo vigília-sono, a taxa de secreção de cortisol e várias outras substâncias biológicas, a taxa de mudança na temperatura corporal e outros parâmetros relacionados ao sistema circulatório . Além dos ritmos circadianos, vários circasweek, circamens e ritmos circanuais foram identificados e estudados.

Origem

Acredita-se que os ritmos circadianos tenham se originado em protocélulas, com o objetivo de proteger a replicação do DNA da alta radiação ultravioleta durante o dia. Como resultado, a replicação ocorreu no escuro. O fungo Neurospora , que ainda existe hoje, contém esse mecanismo regulador.

O relógio circadiano mais simples conhecido é o da cianobactéria procariótica. Pesquisas recentes mostraram que o relógio circadiano Synechococcus elongatus pode ser reconstituído in vitro com apenas três proteínas do oscilador central. Este relógio demonstrou manter um ritmo de 22 horas por vários dias com a adição de ATP . As explicações anteriores desse medidor de tempo circadiano procariótico eram dependentes do mecanismo de feedback da transcrição / tradução do DNA e, embora isso não pareça ser o caso, parece ser verdade para todos os organismos eucarióticos . De fato, embora os sistemas circadianos de eucariotos e procariontes tenham a mesma arquitetura básica (uma entrada - um oscilador central - uma saída), eles não compartilham a mesma homologia. Isso provavelmente implica origens independentes.

Descrição e características

Dependem de um sistema circadiano endógeno, uma espécie de "relógio interno" complexo do organismo que se mantém sincronizado com o ciclo natural do dia e da noite por meio de estímulos naturais como a luz solar e a temperatura ambiente , além de estímulos de cunho social. (por exemplo, almoço em família sempre no mesmo horário). Na ausência desses estímulos de sincronização (por exemplo, em experimentos conduzidos em cavernas ou em apartamentos especialmente construídos), os ritmos continuam presentes, mas seu período pode se estabelecer em valores diferentes, por exemplo, o ciclo vigília-sono tende a se alongar até 36 horas, enquanto o ciclo de mudança de temperatura corporal torna-se cerca de 25 horas.

Os ritmos circadianos são importantes para determinar os padrões de sono e vigília de todos os animais, incluindo humanos. Existem padrões claros de atividade cerebral , produção de hormônios , regeneração celular e outras atividades biológicas relacionadas a este ciclo diário.

O ritmo está ligado ao ciclo claro-escuro. Animais mantidos na escuridão total por longos períodos funcionam em um ritmo de "regulação livre". A cada "dia", seu ciclo de sono avança ou regride, dependendo se seu período endógeno é mais longo ou mais curto do que 24 horas. Os estímulos ambientais que redefinem os ritmos todos os dias são chamados de Zeitgebers ( alemão , que significa literalmente: "doadores de tempo"). Curiosamente, mamíferos totalmente subterrâneos (como o rato-toupeira cega spalax ) são capazes de manter seu relógio interno na ausência de estímulos externos.

Em humanos que se isolaram voluntariamente em cavernas e sem estímulos externos, notou-se que o ritmo circadiano sono-vigília tende progressivamente a se alongar, chegando a 36 horas "dias". Portanto, o papel da luz solar parece ser fundamental como regulador do relógio interno.

O marcapasso circadiano, a parte do corpo que dita o ritmo, em mamíferos está localizado no núcleo supraquiasmático (SCN), um grupo definido de células localizadas no hipotálamo . A destruição do SCN causa alterações em vários ritmos sincronizados por sua vez com o circadiano, incluindo sono / vigília, mas células de vários tecidos periféricos mantêm sua própria ritmicidade intrínseca de expressão gênica, mesmo que explantadas e cultivadas in vitro. Esse processo envolve uma fonte central de ritmo (o SCN) capaz de se sincronizar com o exterior, que envia sinais, por sua vez, para sincronizar a ritmicidade intrínseca expressa em vários outros tecidos. Na verdade, o SCN recebe informações da retina . Este contém não apenas os fotorreceptores usados ​​pelo sistema que cria imagens visuais (cones e bastonetes), mas também células ganglionares intrinsecamente fotossensíveis que dão uma indicação da quantidade de luz presente. Essas células, que contêm um fotopigmento denominado melanopsina , aferente pelo trato retino-hipotalâmico ao SCN que por meio de outras projeções regula a produção de hormônios como a melatonina ou os glicocorticóides , que afetam, por exemplo, o estado de sono ou vigília. Curiosamente, se as células do SCN são removidas e cultivadas em laboratório, elas mantêm seu ritmo na ausência de estímulos externos. [1]

As plantas são organismos sensíveis e, portanto, estão intimamente relacionados com seus arredores. A capacidade de sincronização com as mudanças diárias de temperatura e luz são de grande benefício para as plantas. Por exemplo, o ciclo circadiano exerce uma contribuição essencial para a fotossíntese , permitindo posteriormente aumentar o crescimento e a sobrevivência das próprias plantas.

Luz e o relógio biológico

Ícone da lupa mgx2.svg O mesmo tópico em detalhes: Fotoperiodismo .

A capacidade da luz de zerar o relógio biológico depende da curva de resposta de fase (à luz). Dependendo do estágio do sono, a luz pode avançar ou retardar o ritmo circadiano. A iluminação necessária varia de espécie para espécie: em roedores noturnos, por exemplo, uma diminuição muito menor da luz do que em humanos é suficiente para acertar o relógio biológico.

Além da intensidade da luz, o comprimento de onda (ou cor) da luz é um fator importante na determinação do grau de redefinição do relógio. A melanopsina é mais eficazmente excitada pela luz azul (420-440 nm ). [2]

Observação

  1. ^ "Suprachiasmatic Nucleus: Cell Autonomy and Network Properties"> David K. Welsh, Joseph S. Takahashi e Steve A. Kay, Suprachiasmatic Nucleus: Cell Autonomy and Network Properties , su ncbi.nlm.nih.gov , 30 de agosto de 2013 URL consultado gratuitamente .
  2. ^ Newman LA, Walker MT, Brown RL, Cronin TW, Robinson PR: "A melanopsina forma um fotopigmento funcional de comprimento de onda curto", Bioquímica. 11 de novembro de 2003; 42 (44): 12734-8.

Bibliografia

  • Aschoff J (ed.) (1965) Circadian Clocks . North Holland Press, Amsterdã
  • Avivi A, Albrecht U, Oster H, Joel A, Beiles A, Nevo E. 2001. Relógio biológico na escuridão total: o sistema circadiano Clock / MOP3 do rato-toupeira cego subterrâneo. Proc Natl Acad Sci USA 98: 13751- 13756.
  • Avivi A, Oster H, Joel A, Beiles A, Albrecht U, Nevo E. 2002. Genes circadianos em um mamífero cego subterrâneo II: conservação e exclusividade dos três homólogos de período no rato-toupeira cego subterrâneo, superespécie Spalax ehrenbergi . Proc Natl Acad Sci USA 99: 11718-11723.
  • Ditty JL, Williams SB, Golden SS (2003) Um mecanismo de temporização circadiana de cianobactérias. 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) Origem e evolução dos genes do relógio circadiano em procariontes. Proc Natl Acad Sci USA 100: 2495-2500
  • Koukkari WL, Sothern RB (2006) Introducing Biological Rhythms . Springer, Nova York
  • Martino T, Arab S, Straume M, Belsham DD, Tata N, Cai F, Liu P, Trivieri M, Ralph M, Sole MJ. Ritmos dia / noite na expressão gênica do coração murino normal. J Mol Med. Abril de 2004; 82 (4): 256-64. Epub 24 de fevereiro de 2004 PMID 14985853
  • Refinetti R (2006) Circadian Physiology, 2ª ed . CRC Press, Boca Raton
  • Takahashi JS, Zatz M (1982) Regulation of circadian rhythmicity. Science 217: 1104-1111
  • Tomita J, Nakajima M, Kondo T, Iwasaki H (2005) Sem transcrição - feedback de tradução no ritmo circadiano de fosforilação KaiC. Science 307: 251-254

Itens relacionados

Outros projetos

links externos

Controle de autoridade LCCN (EN) sh85026049 · GND (DE) 4078131-8