تنظیم ساعت زیستی توسط پروتئین

آیا شده است که بعد از چند روز بیدار شدن در یک ساعت مشخص، روز بعد حتی بدون زنگ ساعت در همان زمان بیدار شوید؟ این توانایی شما بدست ساعت بیولوژیکی بدن شماست. این ساعت مشخص می کند که بدن شما چه زمانی نیاز به خواب دارد و چه زمانی باید بیدار شود. اگر بتوان به شکل درست و کنترل شده از این قابلیت بدن استفاده کرد، بهره گیری شما از فعالیت های روزانه بیشتر شده و همچنین خوابی آرام تر و مفیدتر خواهید داشت.

ساعت بیولوژیکی تنها مختص انسان ها نیست بلکه همه جانداران و گیاهان از این توانایی بهره مند هستند. علاوه بر این، مطالعاتی در طی زمان نشان دادند که برخی از بیماری ها به عملکرد این ساعت در انسان وابسته هستند. به دلیل اهمیت خاصی که این ساعت در سلامت و نظم بدن دارد، پژوهشگران همواره مطالعات متعددی را انجام داده اند تا بتوانند هر چه دقیق تر به عملکرد این سیستم و عوامل موثر بر آن پی ببرند.

ساعت بیولوژیکی

زمین با یک دور گردش حول محور خود، 24 ساعت شبانه روزی را پدید می آورد. بدن و اندام های درونی انسان نیز به منظور بهره گیری بیشتر از فعالیت های بیولوژیکی خود در تلاش هستند که با این ساعت بیرونی تنظیم شوند. به عبارت دیگر ساعت بیولوژیکی بدن، سازگاری فعالیت های اندامی با ساعات شبانه روزی است. به عنوان مثال در روز فشارخون، سطح هورمون کورتیزول و دمای بدن را افزایش می دهد و در شب میزان ترشح هورمون های تستوسترون، ملاتونین و حتی هورمون رشد را بالا می برد.

پروتئین ساعت بدن

پژوهشگران با مطالعاتی روی سیانوباکتری به این نتیجه رسیدند که ساعت بیولوژیکی این باکتری از ترکیب پروتئین های ساعت ( KaiCوKaiA, KaiB) با آ.ت.پ به وجود آمده است. پروتئین های ساعت نقش به سزایی را در چرخه شبانه روزی بدن ایفا می کنند. هر اختلال و یا تغییری در این پروتئین ها نظم ساعت بدن را درهم می ریزد. این مطالعه نشان داد که فعالیت پروتئینی به نام آ.ت.پ.آز KaiC که به واکنش هیدرولیز آ.ت.پ سرعت می بخشد، به طور چشمگیری به دوره های شبانه روزی مرتبط است. در نتیجه می توان گفت که پروتئین KaiC در مشخص نمودن ساعات بیولوژیکی بدن نقش موثری دارد.

آ.ت.پ (Adenosine triphosphate ) از یک مولکول آدنوزین و 3 فسفات تشکیل شده است و انرژی لازم برای انقباض ماهیچه ها و دیگر فعالیت های زیستی بدن را تامین می کند. این مولکول به کمک آب تجزیه می شود که به این عمل هیدرولیز می گویند. وقتی هیدرولیز انجام می شود آ.ت.پ به کمک آ.ت.پ.آز با سرعت بیشتری تجزیه شده و یک مولکول فسفات به همراه 8 کیلوکالری انرژی آزاد می کند. آ.ت.پ.آز KaiC به طور متناوب نوسان دارد. حظور و یا عدم حظور 2 پروتئین ساعت دیگر نیز روی این نوسانات تاثیر زیادی نمی گذارند. پژوهشگران با تحلیلی دقیق دریافتند که نوسانات KaiC در یک روز، تعدادی ثابت و نزدیک به 24 ساعت شبانه روزی است. در نتیجه، این پروتئین چرخه شبانه روزی بدن را به وجود می آورد.

نقش مولوکول آب در نوسان KaiC

ساختار اتمی KaiC نشانگر دلیل آهسته تر بودن نوسانات این پروتئین نسبت به دو پروتئین دیگر است. اگر در هیدرولیز آ.ت.پ، مولکول آب به گروه های فسفوریل آ.ت.پ دسترسی داشته باشد و در عین حال ایزومریزاسیون پپتیدی به صورت معکوس انجام شود، در مقایسه با هیدرولیز معمول، انرژی آزاد بیشتری نیاز است تا این فرآیند انجام گیرد. در نتیجه، انرژی آزاد شده کمتر و این پروتئین آهسته تر حرکت می کند. این در حالی است که در هیدرولیز معمول، فرآیند تا جای ممکن جلوی نزدیک شدن مولکول آب به گروه فسفوریل آ.ت.پ را می گیرد. علاوه بر اینها، دمای محیط بر ساعت بیولوژیکی تاثیری ندارد.

از آنجا که آ.ت.پ، آب، زنجیره پلی پپتیدی و دیگر ترکیبات زیستی جهان در مکانسیم ساعت بیولوژیکی سیانوباکتری دخیل هستند می توان نتیجه گرفت که ساعت بیولوژیکی انسان نیز ممکن است از همین مکانیسم برخوردار باشد.

شرح کامل این مطالعه در مجله Science به چاپ رسید.

No tags for this post.