Ritmo circadiano

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

Questa voce riguardante un argomento di biologia non è ancora stata tradotta completamente dalla lingua inglese. Terminala o riscrivila tu.

Nota: il testo da tradurre potrebbe essere nascosto: vai in modifica per visualizzarlo.

Un ritmo circadiano è all'incirca un ciclo di 24 ore nei processi fisiologici degli esseri viventi, incluse piante, animali, funghi e cianobatteri. Il termine "circadiano", coniato da Franz Halberg, viene dal latino circa, e dies, "giorno", significando letteralmente "circa il giorno". Lo studio formale dei ritmi temporali biologici come i ritmi giornalieri, settimanali, stagionali ed annuali è chiamato cronobiologia.

In senso stretto, i ritmi circadiani sono endogeni benché possono essere modulati da stimoli esterni come la luce solare e la temperatura. La prima oscillazione endogena circadiana fu osservata nel 1700 dallo scienziato francese Jean-Jacques d'Ortous de Mairan che notò che i modelli di ventiquattro ore nei movimenti delle piante continuavano anche quando queste venivano isolate dagli stimoli esterni. I ritmi circadiani possono essere definiti da tre criteri:

Il ritmo persiste in condizioni costanti (per esempio buio costante) con un periodo di 24 ore.
Il ritmo può essere resettato da un'esposizione alla luce o al buio.
Il ritmo è compensato dalla temperatura, che significa che procede con lo stesso periodo all'interno di un arco di temperature.

[modifica] Origine

Si pensa che i ritmi circadiani si siano originate nelle protocellule, con lo scopo di proteggere la replicazione del DNA dall'alta radiazione ultravioletta durante il giorno. Come risultato, la replicazione avveniva al buio. Il fungo Neurospora, che esiste ancora oggi, contiene questo meccanismo regolatore.

L'orologio circadiano più semplice conosciuto è quello del cianobatterio procariotico. Ricerche recenti hanno dimostrato che l'orologio circadiano del Synechococcus elongatus può essere ricostituito in vitro con appena tre proteine dell'oscillatore centrale. Questo orologio ha dimostrato di sostenere un ritmo di 22 ore per diversi giorni con addizione di ATP. Le precedenti spiegazioni di questo misuratore del tempo circadiano procariotico erano dipendenti dalla trascrizione del DNA / traduzione del meccanismo di feedback, e benché questo non sembra essere stato il caso, sembra essere vero per tutti gli organismi eucariotici. In verità, benché i sistemi circadiani degli eucarioti e procarioti abbiano la stessa architettura di base (un input - un oscillatore centrale - un output) non dividono la stessa omologia. Questo implica probabilmente origini indipendenti.

[modifica] Il ritmo circadiano animale

I ritmi circadiani sono importanti per determinare i modelli di sonno e veglia di tutti gli animali, inclusi gli esseri umani. Vi sono chiari modelli dell'attività cerebrale, di produzione di ormoni, di rigenerazione cellulare e altre attività biologiche collegate a questo ciclo giornaliero.

Il ritmo è collegato al ciclo luce-buio. Animali tenuti in totale oscurità per lunghi periodi funzionano con un ritmo che si "regola liberamente". Ogni "giorno" il loro ciclo di sonno avanza o regredisce a seconda che il loro periodo endogeno sia più lungo o più corto di 24 ore. Gli stimoli ambientali che ogni giorno resettano i ritmi sono chiamati Zeitgebers (tedesco, letteralmente significa: "donatori di tempo"). È interessante notare che mammiferi totalmente sotterranei (come il topo-talpa cieco Spalax) sono capaci di mantenere il loro orologio interno in assenza di stimoli esterni.

[modifica] Il ritmo circadiano delle Piante

Le piante sono organismi sensili, e perciò sono strettamente legate con l'ambiente circostante. L'abilità di sincronizzarsi con i cambiamenti giornalieri della temperatura e della luce sono di grande vantaggio per le piante. Per esempio, il ciclo circadiano esercita un contributo essenziale per la fotosintesi, consequentemente permette di aumentare la crescita e la soppravvivenza delle piante stesse.

[modifica] La luce e l'orologio biologico

L'abilità della luce di azzerare l'orologio biologico dipende dalla phase response curve (alla luce). Dipendentemente dalla fase del sonno, la luce può avanzare o ritardare il ritmo circadiano. L'illuminazione richiesta varia da specie a specie: nei roditori notturni, ad esempio, è sufficiente un livello di luce molto inferiore rispetto all'uomo per l'azzeramento dell'orologio biologico.

Oltre all'intensità della luce, la lunghezza d'onda (o colore) della luce è un importante fattore per la determinazione del grado a cui l'orologio è azzerato. Melanopsin è eccitato più efficacemente dalla luce blu (420-440 nm).^[1]

[modifica] Voci correlate

Cronobiologia
Human factors
Human reliability
Actigraphy
Circadian rhythm sleep disorders

[modifica] Note

Template:FootnotesSmall

[modifica] Bibliografia

Aschoff J (ed.) (1965) Circadian Clocks. North Holland Press, Amsterdam
Avivi A, Albrecht U, Oster H, Joel A, Beiles A, Nevo E. 2001. Biological clock in total darkness: the Clock/MOP3 circadian system of the blind subterranean mole rat. Proc Natl Acad Sci USA 98:13751- 13756.
Avivi A, Oster H, Joel A, Beiles A, Albrecht U, Nevo E. 2002. Circadian genes in a blind subterranean mammal II: conservation and uniqueness of the three Period homologs in the blind subterranean mole rat, Spalax ehrenbergi superspecies. Proc Natl Acad Sci USA 99:11718-11723.
Ditty JL, Williams SB, Golden SS (2003) A cyanobacterial circadian timing mechanism. Annu Rev Genet 37:513-543
Dunlap JC, Loros J, DeCoursey PJ (2003) Chronobiology: Biological Timekeeping. Sinauer, Sunderland
Dvornyk V, Vinogradova ON, Nevo E (2003) Origin and evolution of circadian clock genes in prokaryotes. Proc Natl Acad Sci USA 100:2495-2500
Koukkari WL, Sothern RB (2006) Introducing Biological Rhythms. Springer, New York
Martino T, Arab S, Straume M, Belsham DD, Tata N, Cai F, Liu P, Trivieri M, Ralph M, Sole MJ. Day/night rhythms in gene expression of the normal murine heart. J Mol Med. 2004 Apr;82(4):256-64. Epub 2004 Feb 24. PMID: 14985853
Refinetti R (2006) Circadian Physiology, 2nd ed. CRC Press, Boca Raton
Takahashi JS, Zatz M (1982) Regulation of circadian rhythmicity. Science 217:1104–1111
Tomita J, Nakajima M, Kondo T, Iwasaki H (2005) No transcription–translation feedback in circadian rhythm of KaiC phosphorylation. Science 307: 251–254