生物钟的作用是什么?

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生物钟(biologicalclocks),又称作生理时钟、生物节律、生命节奏。它是生物体内的一种计时器,通过对内源性和 ( 光 ) 外源性刺激的时间表达来控制新陈代谢和生理功能的运作。它是一个复杂的网络系统,由很多基因和其间的信号分子组成。这些基因和信号分子调节细胞的代谢过程和时间相关基因的表达。生物钟在细胞水平上对各种组织器官的工作时间都具有重要的影响。

1973 年,B.L. O'Neill 和 M.W. Young 发现果蝇的翅膀发育受内部因素的控制,而这一现象可以由光照周期所唤醒。此后,人们对生物钟的研究进入了快车道。目前,已经发现了多个与生物钟调控相关的基因家族。

动物体内有两个与生物钟调控相关的蛋白基因家族 NPAS 和 PER。在这些基因的编码区或转录启动子上存在的时间响应元件( time-responsiveelement TREs),这些元件受到来自细胞核与细胞质的信号分子的调控。

除了上述两个基因家族之外,在其他的一些基因中也能检测到 TRE 的存在。这些基因可能属于新的生物钟调控基因家族。 目前,已经发现了多种影响生物钟功能的分子机制。例如: cAMP 信号通路、钙调蛋白途径、鸟苷酸环化酶途径以及 PKC 等信号通路参与了对 NPAS 基因家族表达的调控; 而 ERK1/2 信号通路则参与了对 PER 基因家族表达的调控。

小干扰 RNA(small interfering RNAs, siRNAs)也对生物钟基因的表达具有重要的影响。近年来,随着高通量测序技术的快速发展,人们对于基因调控网络的探索已经从基因水平上升到基因组学和水准。通过全基因组序列比对的方法,人们在果蝇体内发现了数十个对生物钟调控起关键作用的基因。 在人体中,由于昼夜节律的改变会导致肥胖、糖尿病、高血压等疾病的发生率明显增加。了解人体内生物钟的分子机制并合理调控其功能至关重要。到目前为止,已有不少研究揭示了人与果蝇生物钟蛋白互作的分子机制。

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