שעון צירקדי
שעון צירקדי, או מתנד צירקדי, הוא שעון ביולוגי מחזורי עם מופע יציב, המסונכרן עם היממה השמשית.
ביונקים, "שעון העל" הביולוגי המכתיב את המקצבים המחזוריים בתפקודים הפיזיולוגיים נמצא בגרעין העל-תצלובתי (SCN) שבהיפותלמוס. שעון זה מכתיב לרקמות הגוף מקצב מחזורי של קרוב ל-24 שעות, אבל לא בדיוק. כדי להתאים את מקצבי הגוף ליממה, קיימים מנגנונים המשתמשים באותות חיצוניים שיש להם מחזוריות ביממה כדי לווסת את זמן המחזור. אותות אלה נקראים צייטגבר. שעונים צירקדיים מסונכרנים פנימיים מאפשרים לרוב היצורים החיים להיות מוכנים לשינויים סביבתיים יום יומיים, הקשורים למחזור היום והלילה, ולשנות את הביולוגיה וההתנהגות שלהם בהתאם.
המונח צירקדי מקורו במילה הלטינית circa (בעברית: בערך) ו-dies (בעברית: יום), שכן בהיעדר רמזים חיצוניים (כגון אור סביבתי) המחזור אינו נמשך 24 שעות בדיוק. בבני אדם, למשל, בתנאי ניסוי של תאורה נמוכה וקבועה, אורך המחזור הביולוגי יהיה בממוצע כ-24.2 שעות ולא 24 שעות בדיוק. [1]
שעון הגוף הרגיל, ה"שעון הביולוגי", נמשך פרק זמן של 24 שעות בדיוק כאשר הוא מקבל מספיק אותות תיקון, צייטגברים, מהסביבה. הצייגבר העיקרי הוא חילופי התאורה בין היום והלילה. שעונים צירקדיים הם המנגנונים המרכזיים המניעים את המקצבים הביולוגיים, והם בנויים משלושה מרכיבים עיקריים:
- קוצב תאי מרכזי, בעל זמן מחזור קרוב ל-24 שעות.
- סדרה של מסלולי קלט לקוצב התאי המרכזי, כדי לאפשר סחיפה (אנ') של השעון והתאמת המקצב ליממה.
- סדרה של מסלולי פלט הקשורים לשלבים שונים של הקוצב, המווסתים מקצבים ברורים בביוכימיה, פיזיולוגיה והתנהגות בכל יצור חי.
השעון מתאפס כאשר אורגניזם חש ברמזי זמן סביבתיים, שהעיקרי שבהם הוא אור. שעונים צירקדיים נמצאים בכל מקום ברקמות הגוף, שם הם מסונכרנים על ידי אותות פנימיים וחיצוניים כאחד, כדי לווסת את הפעילות הקבועה לאורך היום באופן המתאים לרקמות הספציפיות.[2] השעון הצירקדי שזור ברוב התהליכים המטבוליים התאיים והוא מושפע מהזדקנות היצור החי. [3] המנגנונים המולקולריים הבסיסיים של השעון הביולוגי הוגדרו במינים בעלי חוליות, תסיסנית המחקר, צמחים, פטריות, חיידקים,[4][5] וככל הנראה גם בארכאונים .[6][7][8]
בשנת 2017, הוענק פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לג'פרי סי. הול, מייקל רוסבאש ומייקל וו. יאנג "על גילוייהם של מנגנונים מולקולריים השולטים בקצב הצירקדי" בזבובי פירות.[9]
האנטומיה של הקוצב המרכזי בחולייתנים[עריכת קוד מקור | עריכה]
בחולייתנים, השעון הצירקדי העליון הוא הגרעין העל-תצלובתי (suprachiasmatic nucleus, SCN), צבר דו צדדי של כ-20,000 תאי עצב הנמצא בהיפותלמוס. ההיפותלמוס הוא אזור מוחי קטן הממוקם מעל תצלובת הראייה, והוא מעין ה"מפקדה ההורמונלית העליונה" שבמוח. הגרעין העל-תצלובתי מקבל קלט מקבוצה של תאי גנגליון ברשתית המבטאים פוטו-פיגמנט מיוחד, ובאמצעותם מועבר המידע על שינויי התאורה הסביבתית לשעון. הגרעין העל-תצלובתי מוציא את הפלט שלו למרכזים אחרים בהיפותלמוס ולבלוטת האצטרובל (pineal gland), לווסת הפרשת הורמונים כמו קורטיזול ומלטונין. ההורמונים האלה מופרשים למחזור הדם ומווסתים השפעות של השעון על רקמות בכל גוף האורגניזם.
ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]
הערך "שעון ביולוגי" בוויקיפדיה.
השעונים הטבעיים של בעלי החיים, מכון דוידסון. [10]
כיצד התאים שלנו יודעים מה השעה? מאמר ב frontiers for young minds.[11]
קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]
- שעון צירקדי, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]
- ^ Cromie W (1999-07-15). "Human Biological Clock Set Back an Hour". Harvard Gazette. נבדק ב-2015-07-29.
- ^ Ueda HR, Hayashi S, Chen W, Sano M, Machida M, Shigeyoshi Y, et al. (בפברואר 2005). "System-level identification of transcriptional circuits underlying mammalian circadian clocks". Nature Genetics. 37 (2): 187–192. doi:10.1038/ng1504. PMID 15665827.
{{cite journal}}: (עזרה) - ^ Tevy MF, Giebultowicz J, Pincus Z, Mazzoccoli G, Vinciguerra M (במאי 2013). "Aging signaling pathways and circadian clock-dependent metabolic derangements". Trends in Endocrinology and Metabolism. 24 (5): 229–237. doi:10.1016/j.tem.2012.12.002. PMC 3624052. PMID 23299029.
{{cite journal}}: (עזרה) - ^ Harmer SL, Panda S, Kay SA (2001). "Molecular bases of circadian rhythms". Annual Review of Cell and Developmental Biology. 17: 215–253. doi:10.1146/annurev.cellbio.17.1.215. PMID 11687489.
- ^ Lowrey PL, Takahashi JS (2004). "Mammalian circadian biology: elucidating genome-wide levels of temporal organization". Annual Review of Genomics and Human Genetics. 5: 407–441. doi:10.1146/annurev.genom.5.061903.175925. PMC 3770722. PMID 15485355.
- ^ Edgar RS, Green EW, Zhao Y, van Ooijen G, Olmedo M, Qin X, et al. (במאי 2012). "Peroxiredoxins are conserved markers of circadian rhythms". Nature. 485 (7399): 459–464. Bibcode:2012Natur.485..459E. doi:10.1038/nature11088. PMC 3398137. PMID 22622569.
{{cite journal}}: (עזרה) - ^ Dvornyk V, Vinogradova O, Nevo E (במרץ 2003). "Origin and evolution of circadian clock genes in prokaryotes". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (5): 2495–2500. Bibcode:2003PNAS..100.2495D. doi:10.1073/pnas.0130099100. PMC 151369. PMID 12604787.
{{cite journal}}: (עזרה) - ^ Whitehead K, Pan M, Masumura K, Bonneau R, Baliga NS (2009). "Diurnally entrained anticipatory behavior in archaea". PLOS ONE. 4 (5): e5485. Bibcode:2009PLoSO...4.5485W. doi:10.1371/journal.pone.0005485. PMC 2675056. PMID 19424498.
- ^ "The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017". www.nobelprize.org. נבדק ב-2017-10-06.
- ^ השעונים הטבעיים של בעלי החיים, באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי, 2017-03-25
- ^ כיצד התאים שלנו יודעים מה השעה?, באתר Frontiers for Young Minds
