¿Cuál es el proceso biológico subyacente al ritmo circadiano?

Los ritmos circadianos son ciclos endógenos de aproximadamente 24 horas que regulan muchos procesos fisiológicos y de comportamiento en los organismos vivos. El principal proceso biológico subyacente a la generación del ritmo circadiano es el funcionamiento del reloj circadiano, un mecanismo interno de cronometraje. El reloj circadiano está compuesto por una red de genes y proteínas que interactúan para producir patrones rítmicos de expresión genética, síntesis de proteínas y funciones fisiológicas.

A continuación se ofrece una descripción simplificada del proceso biológico subyacente al ritmo circadiano:

1. Genes del reloj :El reloj circadiano está controlado principalmente por un conjunto de genes de reloj, que codifican proteínas de reloj. Estos genes incluyen los genes del reloj central, como Clock, Bmal1, Per1, Per2, Cry1 y Cry2.

2. Bucle de retroalimentación de transcripción-traducción :Los genes reloj participan en un circuito de retroalimentación transcripcional-traduccional que regula su propia expresión. Las proteínas Clock y Bmal1 dimerizan y activan la transcripción de los genes Per y Cry. Las proteínas PER y CRY se acumulan en el citoplasma y se trasladan gradualmente al núcleo. En el núcleo, inhiben la actividad de Clock-Bmal1, reprimiendo así su propia transcripción. Este circuito de retroalimentación negativa genera una oscilación rítmica de la expresión del gen del reloj.

3. Modificaciones postraduccionales :Las modificaciones postraduccionales, como la fosforilación y la ubiquitinación, desempeñan un papel crucial en la regulación de la estabilidad, la actividad y las interacciones de las proteínas del reloj. Estas modificaciones afinan la ritmicidad del reloj circadiano y la respuesta a las señales ambientales.

4. Entrada de luz y sincronización :El reloj circadiano está sincronizado con el entorno externo, en particular con el ciclo de luz y oscuridad, a través de la principal estructura sensible a la luz de los mamíferos, la retina. Las células ganglionares de la retina especializadas que contienen fotopigmentos (melanopsina) transmiten señales luminosas al núcleo supraquiasmático (SCN) en el hipotálamo. El SCN actúa como marcapasos circadiano central y sincroniza los relojes periféricos de todo el cuerpo.

5. Vías de salida y regulación fisiológica :El reloj circadiano regula una amplia gama de procesos fisiológicos a través de vías de salida que involucran la expresión genética, la liberación de hormonas y la señalización neuronal. Controla los ciclos de sueño-vigilia, las fluctuaciones de la temperatura corporal, las funciones metabólicas, la secreción hormonal y muchos otros procesos rítmicos.

6. Relojes periféricos :Además del reloj central del SCN, la mayoría de los tejidos y órganos periféricos tienen sus propios relojes circadianos. Estos relojes periféricos están sincronizados con el reloj central, pero también pueden exhibir ritmos específicos de tejido impulsados ​​por señales locales, incluidos los cambios de temperatura y la disponibilidad de nutrientes.

El reloj circadiano, con sus intrincados mecanismos moleculares y su sincronización con señales externas, permite a los organismos anticipar y adaptarse a los cambios ambientales diarios, optimizar los procesos fisiológicos y mantener la homeostasis y el bienestar generales.