【医路有你】生物钟究竟如何运转？

含羞草叶子在黑暗中仍按昼夜规律开闭，向日葵在太阳尚未升起时曾经朝向东方，人在亮如白天的办公室里待到深夜照样犯困——生物的自然节律并不依赖于外界条件刺激，而是依托体内运转的“生物钟”。

那么，在生物体内，"生物钟"究竟是如何运转的呢?

北京时间2017年10月2日下午5时30分，2017年诺贝尔生理学或医学奖成果，颁发给了三个美国科学家——杰弗里霍尔（Jeffrey C. Hall），迈克尔罗斯巴什（Michael Rosbash）和迈克尔杨（Michael W. Young）。他们发现了地球生命节律的分子机制，解释了生命包含人类的内部“生物钟”究竟如何工作，以预测和顺应正常的生物节拍，使之与地球律动（每24小时一个周期的昼夜节律）坚持同步。

2017年诺贝尔生理学奖取得者

三位的诺贝尔奖取得者运用果蝇作为示范生物，分别出一个控制日常生物节律的基因。他们的研讨表明，该基因编码一种在夜间集聚在细胞中的蛋白质，然后在白天降解。随后，他们发现了这种机制的其他蛋白质组分，提示了细胞内自我坚持的生物钟的控制机制。我们往常认识到，生物钟在包含人类在内的多细胞生物中，以相同的机制起作用。

我们体内有“生物钟”

18世纪，天文学家让雅克德奥图斯德马兰（Jean Jacques d'Ortous de Mairan）研讨了含羞草，发往常白天，叶子向太阳开放，傍晚时则关闭。他想知道，假如植物处于不时的黑暗中会发作什么。他发往常仅在日常阳光下，叶子继续遵照了正常的日常振荡。植物似乎有自己的生物钟。

其他研讨人员发现，不只植物，动物和人类也都有生物钟。这种经常性的顺应才干被称为“昼夜节律”。但是，我们内部生物钟如何工作依旧是一个谜。

找出“周期基因”

20世纪70年代，科研人员开端思索，能否有可能肯定果蝇昼夜节律的基因？

赛摩尔本泽尔（Seymour Benzer）和他的学生证明了未知基因中的突变，能扰乱苍蝇的昼夜节律时钟，并将之命名为“周期基因”，但这种基因究竟如何影响了昼夜节律？

今年的诺奖得主则经过果蝇了解了这种“周期基因”的实践运作。1984年，布兰迪斯大学的杰弗里霍尔和迈尔克罗斯巴什，与洛克菲勒大学的迈克尔杨密切协作，胜利地分别出了“周期基因”。前两人接着发现了晚上被编码的PER蛋白质在白天会被降解。因而，与昼夜节律同步的PER蛋白水平在24小时周期内呈现震荡。

“生物钟”自调理机制

下一个关键目的是了解如何产生和维持了昼夜节律的震荡。

杰弗里霍尔和迈尔克罗斯巴什假定PER蛋白阻断了“周期基因”的活性，并以为经过抑止反响回路，PER蛋白能够阻止其自身的合成，从而已连续的循环节律调理自身的蛋白水平。

这个模型是诱人的，但几块“拼图”失踪了。为了阻止“周期基因”的活性，细胞质中产生的PER蛋白必须抵达遗传物质所在的细胞核。二人工作曾经表明，PER蛋白在晚上树立在细胞核中，但到底怎样抵达的仍不得而知。

1994年，迈克尔杨发现了第二个“周期基因”，它编码正常昼夜节律所需的TIM蛋白。他的工作表明，当TIM分离PER时，两种蛋白质进入细胞核，在那里阻断“周期基因”的活动以封锁抑止反响环。

这种抑止反响机制解释了细胞蛋白水平如何呈现震荡，但是问题依然存在。是什么在控制震荡的频率？迈克尔杨又确认了另一个基因，能够双倍编码DBT蛋白，延缓了PER蛋白的积聚。这就提供了对调整震荡频率以匹配24小时周期的了解方向。

获奖者的范式转变严重发现为生物钟树立了重要的机制，接下来的几年中，科学家阐明了机制的其他分子成分，解释了其稳定性和功用。例如，今年的获奖者肯定了激活“周期基因”所需的其他蛋白质，以及光能够与生物钟同步的机制。

坚持人类生理的节拍

生物钟触及复杂的生理学。我们往常知道，包含人类在内的一切细胞生物体，都是用相似的机制来控制昼夜节律。我们大部分基因也都收到生物钟的调理。因而，精心校准的昼夜节律将我们的生理调整到一天的不同阶段。

由于三位获奖者的创新发现，昼夜节律生物学展开成为一个庞大而高度生动的研讨范畴，对我们的健康和生命有着严重影响。

来源：中华科技网