|
Har vi människor
|
 |
Att biologiska klockor finns i organismer är något man vetat länge. Men under senare år har man hittat klockornas molekylära beståndsdelar och många processer i kroppen har visat sig styras av dessa klockor. Man vet till exempel idag att det är effekterna av cirkadiska rytmer som är orsaken till att risken för hjärtinfarkt är olika stor vid olika tider på dygnet. Detsamma gäller risken för astmaanfall.
Vad är en biologisk klocka?
Biologiska klockor kan med en viss rytm styra reaktioner i levande celler så att miljön i cellerna blir olika vid olika tidpunkter. Detta leder till att individens reaktioner på förändringar i omgivningen är olika beroende på när på dygnet de inträffar.
Inledande terminologi
Rytmer som styr en organism kan delas in i två grupper: endogena, som kontrolleras av en inre biologisk klocka, och exogena, som är beroende av yttre faktorer (ljus, temperatur m.m.) för att bibehålla rytmen.
Ska man påvisa om en rytm är endogen, sätts en individ i en omgivning som är helt utan variationer i någon omvärldsfaktor. Bibehålls då rytmen är den endogen, d.v.s rytmen skapas inne i individen.
För alla rytmer gäller att en period är tiden från starten av en händelse i rytmen till nästa gång samma händelse startar. Denna period kan påverkas av en yttre faktor,
"Zeitgeber" (tidgivare på tyska), så att den inre rytmen alltid är i fas med en yttre rytm, som ofta är lika med dygnscykeln. En zeitgeber kan utgöras av exempelvis variationer i ljusintensitet, temperatur eller födotillgång. Tas alla zeitgebrar bort går den inre rytmen fritt, vilket innebär att den endogena rytmen kommer till uttryck. Med varje period
kommer då den inre rytmen förskjutas allt mer bort från zeitgeberns rytm. Detta beror på att endogena rytmers perioder oftast inte är exakt lika med dygnscykeln. Är den endogena perioden exempelvis 23,2 timmar kommer den inre rytmen starta en ny period 0,8 timmar innan omgivningen påbörjar en ny dygnscykel. Rytmer som är cirka 24 timmar
kallas för cirkadiska rytmer.
Ett exempel på nyttan med en endogen rytm
Ett nattdjur känner av yttre faktorer som talar om när dess aktiva period (d.v.s. natten) börjar och slutar. I detta fall är den yttre faktorn ändringen i ljusintensitet vid skymning och gryning. Med hjälp av den endogena rytmen kan djuret trots mörkret känna hur lång tid det är kvar till gryningen. Djuret är därför fysiskt och "mentalt"
förberedd när den ljusa delen av dagen börjar. Om en endogen rytm inte funnits hade djuret varit tvunget att invänta gryningen och inte förrän då påbörja anpassningen till den nya situationen.
Styrsystem för den biologiska klockan
I hjärnan hos däggdjur finns det (i ett område som kallas hypothalamus) den suprakiasmatiska kärnan som anses styra och koordinera alla cirkadiska rytmer i kroppen. I denna kärna finns troligen en överordnad klocka som styr kroppens andra klockor. Receptorer (mottagare av sinnesimpulser) i kroppen reagerar på zeitgebrar och signalerar till den suprakiasmatiska kärnan, vilken i sin tur svarar på signalerna via nerver eller hormoner. Melatonin är ett hormon som insöndras från tallkottkörteln, en körtel som ligger inbäddad i hjärnan. Melatoninet samordnar troligen kroppens cirkadiska rytmer. Hormonet följer självt en tydlig dygnsrytm, med hög halt i kroppen under natten och låg under dagen.
Oftast är det ljus som fungerar som Zeitgeber. Däggdjur kan avläsa ljusets förändringar under dygnet med hjälp av ögonen och via dem påverka kroppens biologiska klockor.
Men kanske finns det mottagare för ljus och biologiska klockor i alla celler i vår kropp! Försök med bananflugor antyder att varje cell i deras kropp är försedd med både en egen biologisk klocka och ljuskänsliga molekyler som kan påverkas av Zeitgebrar. Och i ett försök kunde man ställa om dygnsrytmen hos människor genom att belysa deras knäveck! Det har även spekulerats i att blodets röda färgämne, hemoglobinet, skulle kunna reagera på ljus och styra biologiska klockor!
Rytmens molekylära mekanik
Cirkadiska rytmer finns redan hos encelliga organismer och därför har man dragit slutsatsen att mekanismerna bakom rytmen ryms inom en cell. En enkel modell som föreslagits skulle fungera enligt följande. Hos möss har en gen för en cirkadisk rytm hittats. Genens motsvarighet finns hos många ryggradsdjur och den kallas Clock (se figur 1). Clock kodar för proteinet pClock. Detta protein innehåller ett område som kallas PAS och som binder till andra proteiner. En annan del av pClock binder till DNA och stimulerar därvid vissa gener till aktivitet. Rytmens period
startar när pClock binder till en gen G och aktiverar denna. Proteinet pG, som G kodar för, binder in till PAS på pClock och förhindrar därigenom pClock från att stimulera genen G:s aktivitet. Nu bildas inget nytt pG och så småningom bryts befintligt pG ned. En ny period kan då börja eftersom pClock är fritt från pG och återigen kan aktivera G. Man håller nu på att utveckla denna modell vidare.
 |
| Figur 1. En möjlig modell för dygnsrytmens molekylära mekanik. Så här skulle den biologisk klockan kunna fungera. 1. Genen Clock kodar för proteinet pClock som bildas när mRNA (en molekylär budbärare) avläses av ribosomerna (cellens "proteinfabriker"). 2. pClock binder till en annan gen som vi kallar G och aktiverar denna. Detta resulterar i att ett annat protein, som vi kallar pG, bildas. 3. pG inaktiverar pClock. Därmed inaktiveras också genen G. pG hindrar alltså sin egen bildning! 4. Befintligt pG bryts sedan ner och dess hämmande effekt avtar. Då kan pClock åter aktivera genen G och pG bildas därmed på nytt. Vi får ett cykliskt förlopp som hela tiden upprepas, en molekylär klocka. |
Sammanfattning
Den moderna människan har en livsstil som inte överensstämmer med den som kroppen en gång anpassats till. Urtidsmänniskan härstammar från Afrika och vi är förmodligen fortfarande i vissa avseenden bäst anpassade till de betingelser som råder i tropikerna.
Detta leder sannolikt till effekter som orsakas av den korta dygnslängden under vintern, t.ex. vinterdepressioner hos nordbor. Natten är idag inte enbart ägnad åt sömn utan kan även användas till att arbeta
och umgås. Kanske leder detta till oönskad effekter på kroppens biologiska klockor. Vi reser över hela världen på några timmar vilket kan leda till förskjutningar av dygnet med flera timmar, s.k. "jet lag", varvid obehagliga effekter kan uppstå. Alla dessa situationer som kan uppstå i vår vardag har ett samband med rytmer inom oss. Det är därför mycket intressant att ta reda på hur dessa rytmer fungerar. I framtiden kommer vi att kunna dra stor nytta av sådan kunskap.
Källor
P. Cohen: Mice unwind the body clock (New Scientist, 1997)
http://www.newscientist.com/ns/970524/bodyclck.html
P.F. Devlin och S.A. Kay: Cryptochromes - bringing the blues to circadian rhythms (Trends in Cell Biology 9:295-298, 1999).
R.W. Hill och G.A. Wyse: Animal Physiology (2:a upplagan, HarperCollins, 1989).
J. Knight: Light relief (New Scientist, 1998)
http://www.newscientist.com/ns/980124/nbodyclock.html
J. Knight: Ticking over nicely (New Scientist, 1998)
http://www.newscientist.com/ns/980124/fruitflies.html