Большой коллектив японских учёных из нескольких университетов при исследовании цианобактерий обнаружил, что за наличие внутреннего циркадного (околосуточного) ритма в них отвечает белок KaiC — небольшая биомолекула диаметром 10 нм. Именно она ответственна за наличие у всех живых существ биологических часов.
У многих микроорганизмов, грибов, растений и большинства животных видна подстройка к 24-часовому суточному периоду вращения Земли вокруг своей оси. Частично растения и животные подстраиваются к этому периоду, основываясь на изменениях в окружающей среде — температуре, освещённости. Но уже давно известно, что у живых существ есть встроенная система циркадных ритмов, не зависящая от окружающей среды.
Ещё в 18 веке французский астроном де Мейрен сообщил о ежедневных движениях листьев у мимозы стыдливой (Mimosa pudica). Эти движения повторялись с определённой периодичностью, даже если растения помещались в темноту, где отсутствовали такие внешние стимулы как свет. Де Мейрен разумно предположил, что эти ритмы, длительность которых он определил в 22-23 часа, могут иметь что-то общее с чередованием сна и бодрствования у человека. А наличие их в темноте говорило об эндогенной (внутренней) их природе.
В 1880 году Чарльз Дарвин и его сын Фрэнсис сделали предположение о наследственной природе циркадных ритмов. С тех пор их идея была подтверждена — как и эндогенная природа циркадных ритмов. В 1984 году во время опытов с грибами вида Нейроспора густая (Neurospora crassa), проведёнными в космосе, стало ясно, что околосуточные ритмы не зависят от каких бы то ни было геофизических сигналов, связанных с вращением Земли вокруг своей оси.
С тех пор учёные искали — где же именно расположен этот хронометр, который позволяет отмерять привычные 24 часа. В 2007 году была опубликована работа, показывающая, что биологические часы можно воссоздать, используя белки KaiA, KaiB и KaiC совместно с аденозинтрифосфатами (АТФ). АТФ — это соединение, играющее ключевую роль в энергетическом обеспечении и обмене веществ в организмах. По сути, это соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. В той же работе было указано, что по всей видимости, именно KaiC отвечает за работу околосуточных ритмов.
Учёные, подробно исследовав KaiC, установили, что эта молекула осциллирует с устойчивым периодом в 0.91*24 часов — то есть, именно она ответственна за ритм, совпадающий с вращением Земли. При помощи кристаллографии высокого разрешения учёные рассмотрели структуру молекулы на атомном уровне. Её особая структура и служит причиной таких долгопериодических осцилляций в присутствии АТФ.
Комментарии (11)
sunnyfox
28.06.2015 01:54+6Я очень долго жалела, что в сутках не 32 часа, к примеру. Мой период бодрствования без усталости составлял около 20 часов, а потом часов 12 желательно поспать. Если так делать постоянно, график весьма неудобно сдвигается. Но по истечении 16 часов бодрствования — сна ни в одному глазу. А 8 часов сна — безумно мало. Поэтому версия удлиненных суток в юности неоднократно приходила на ум.
Однако, во-первых, с возрастом все это начало сжиматься. После 30-ти я стала жить, наверное, примерно как обычный человек. А во-вторых, заметила, что сильно влияет местность. К примеру, недавно полгода во Вьетнаме я спокойно вставала в 8:00-8:30 утра (я! хроническая сова!) и ложилась в 01:-1:30 ночи. При этом не ощущала проблем недосыпа, наоборот, очень бодренько все. Приехав в среднюю полосу России, неожиданно для себя потеряла удобный график, стала ложиться после 2 ночи и вставать с трудом около 10 утра. Если удается встать пораньше или лечь пораньше, то все равно все сбивается на тот же график. Времяпрепровождение в течение дня практически одинаково там и здесь, работа и увлечения ни при чем. И как сюда прицепить ту молекулу?
Mad__Max
28.06.2015 02:03+2Видимо слегка бракованная молекула вам досталась (постоянные мутации никто же не отменял). У меня вот тоже такая, только сбой калибровки поменьше: мои оптимальные сутки это где-то 18 часов бодрствования и 9 часов сна, вместо «эталонных» 16/8=24
Благо имея последние несколько лет работу по свободному графику (и большей частью удаленно) мог это проверить на практике избавившись от необходимости подстраиваться под стандартизированный рабочий день.
А вообще у сомнения в универсальности этих часов — вроде же подобные эксперименты не только на растениях проводили, но и на людях добровольцах и если убрать влияние солнечного света и отобрать все часы и другие способы «синхронизации» с внешним миром, то циклы бодрствование-сон растягивались выше 30 часов.
Т.е. наличие «внутренних часов» никто не отрицает, но вот не факт что они настроены именно на 24 часа
lolmaus
28.06.2015 11:31+7Всё проще. Дело в количестве солнечноо света, который влияет на выработку меланина и мелатонина.
Mad__Max
28.06.2015 01:54+4У меня точно эти часы со «сбоем». Если убрать внешнюю «синхронизацию» (по солнечному свету), мои сутки будут где-то 26-28 часов :)
SystemXFiles
28.06.2015 08:54Хм… А что значит, если ритмы постоянно плавают? То могу месяц спать по 5 часов и нормально (а то и 3, и потом не спать с 5-6 утра), то в другой не менее 8 часов. А еще само время засыпания плавает, то вечером, то глубокой ночью. И так постоянно. Это какая-то неадекватная молекула получается.
kloppspb
28.06.2015 12:36+4>белок KaiC — небольшая биомолекула диаметром 10 нм
С каких пор белковые молекулы характеризуют линейными размерами (которые вообще смысла не имеют), а не аминокислотными остатками или дальтонами?
denticulus
29.06.2015 23:52Эта молекула не осциллирует с периодом 24 часа (как маятник или кварц), а фосфорилируется, то есть захватив АТФ, отщепляет фосфат только спустя 24 часа. После этого должен происходить какой-то каскад реакций, чтобы клетка восприняла «тик».
Интересно, как синхронизированы белки в клетке (а их наверняка много)? Как их сигналы переводятся в «хочу спать» на макроуровне?
Pravo
Это у жаворонков период 0.91*24. У сов, наверно, 1.09*24.
Starnger
Генетическая мутация, заменяющая белок KaiC на другой, сходный по свойствам? Вот это было бы настоящим открытием!
Mad__Max
Куда образец «совиного» ДНК сдавать? :)