当前位置:十大正规赌博网站 > 电子科技 >

揭开生物节律的奥秘:诺贝尔生理学或医学奖解

发布时间:2017-12-03 阅读:

  揭示了生物节律的奥秘:诺贝尔生理学或医学奖 - 新闻 - 科学网

  在十一届假日期间,2017年诺贝尔科学奖颁奖仪式相继揭晓。其中,今年的诺贝尔生理学或医学奖由于涉及生物节律的熟悉和复杂现象而备受关注。

  人类三种生物节奏的理性探索

  生物节律,生物钟,生物周期等具有相似或相同的含义,即生物乃至自然的事物都是按照一定的时间和规律行事的。春秋来临,潮起潮落;花开花谢,夜以继日;日出和日落,这些都是自然和生物的节奏。

  十八世纪时,法国天文学家德孟朗将含羞草置于黑暗环境中,发现含羞草的活性仍保持24小时的波动。这表明,植物似乎有自己的生物钟,这个钟是内生的,这也是生物节律的最早证据。

  到二十世纪初,研究人员开始研究人体昼夜节律或生物周期。德国柏林医生Wilhelm Fries和奥地利维也纳心理学家Helemman Woboda声称,从出生到出生需要23天的时间,人体耐力有一段时间的体力。人类的情感和精神还有一段时间的情绪波动需要从出生之日起28天。二十年后,奥地利的阿尔弗雷德·泰切尔教授声称已经发现,自出生之日起,人类智力中存在一个33天的精神力量周期。后来人们把这三种人体节律称为PSI周期(物理,敏感和智力的缩写)。

  然而,人类生物学的三种节奏后来并没有得到更多的生物学内部机制的证据,也没有被人们广泛接受。

  循环基因接近神秘

  探索的分水岭出现在1971年。加州理工学院的Benzeit和他的学生Coropka以果蝇为模型,研究并找到可以控制果蝇昼夜节律的基因。他们发现果蝇体内其中一种会产生不同的突变,会导致果蝇不得不一步一步地将生活规律弄糊涂,导致果蝇的昼夜节律不管是更短还是更长,甚至是消失其昼夜节律,成为一个夜晚游神。后来这个基因被命名为Period基因,简称Per基因。

  Per基因的发现仅仅是人们对生物学内生节奏的理解的一个很好的开端,因为它本身并不能解释为什么生物体有24小时的节奏,并且在白天和晚上有不同的行为。

  2017年10月2日,诺贝尔委员会宣布今年的诺贝尔生理学或医学奖由于发现了生物节律的分子机制而被授予美国遗传学家杰弗里斯·霍尔(Jeffreuth Hall),迈克尔·罗斯巴什(Michael Rothbash)和迈克尔·扬(Michael Young)三位获奖者作了深入的发现。

  分子机制揭示了事实

  1984年,美国波士顿Brandeis大学的Geoffrey Hall和Michael Rothbast团队和洛克菲勒大学的Michael Young团队分别从果蝇体内克隆(分离和提取)了Per基因,并且该基因编码的蛋白质是称为Per蛋白质。

  他们发现,在夜间,每种蛋白质在果蝇中积累,并在一天之内分解。因此,Per蛋白在不同的时间段具有不同的浓度,以24小时的间隔增加和减少,与昼夜节律惊人地一致。为什么Per蛋白表现出不同的浓度,并在24小时内循环?

  霍尔和罗斯布什提出了一个假设来解释。 Per蛋白可以使Per基因失活,即Per蛋白与Per基因形成反馈环。 Per蛋白可抑制基因合成,并形成Per基因的连续24小时节律。当Per基因活性时,可合成Per信使RNA,其进入细胞质并开始合成Per蛋白。随后,Per蛋白进入细胞核逐渐积累,抑制Per基因的活性,减少Per蛋白的产生。这产生抑制性的反馈机制,产生昼夜节律。

  尽管这个假设说明了果蝇24小时轮回的原因和机制,但仍然存在一些无法回答的问题。例如,Per蛋白仅通过从细胞质进入细胞核来抑制Per基因。霍尔和罗斯巴什的研究表明,每天晚上,Per蛋白质在细胞核内积累,它们如何进入细胞核?

  这个问题已经由Michael Young的研究得到了令人满意的解释,1994年,Michael Young发现了第二个节奏性基因Tim基因,Tim基因编码Tim蛋白,它与Per基因产生的Per蛋白结合起作用一起形成一个生物节律,Michael Yang在实验中发现Tim蛋白会被Per蛋白结合,然后两个蛋白一起进入细胞核,并且Per基因的活性被抑制。

  上述研究提示细胞中Per蛋白水平周期性上升和下降的机制,但为什么这个周期是24小时还不清楚。

  后来Michael Young的另一项研究揭开了神秘的面纱,他又发现了另一个生物节律基因,称为DBT基因,该基因编码DBT蛋白,DBT蛋白又延缓了Per蛋白的积累,所以Per蛋白的增加和减少的周期是约24小时固定。

  后来在1994年,在芝加哥北郊西北大学工作的日裔美国科学家高桥正在试验小鼠,发现哺乳动物生物钟基因的Clock基因和CKI?由其编码的蛋白质(激酶)相对完整地解释人类和动物的生物钟。它还更清楚地表明,人类和动物的生物钟通过四种基因和蛋白质共同作用:Clock基因和蛋白质,Per基因和蛋白质,Tim基因和蛋白质,DBT基因和蛋白质,形成动物的24小时昼夜节律和人类。

  延长阅读

  生物节律和疾病

  后来又发现生物节律的分子机制,其他许多分子也具有调节生物节律的功能,被认为是生物节律。例如,到了晚上,人脑中的松果体会产生更多的褪黑激素,可以帮助人们安然入睡。但白天褪黑激素分泌减少,使人精力充沛。而且,褪黑激素还可以调整时差,缓解压力,解决情绪失调,是一种强效的抗氧化剂,可以中和和消除自由基。所以褪黑激素也被认为是生物钟。

  如果人们没有生活,工作和生活在生物钟表上,他们效率和生病率就会下降。例如,今天的富有疾病之一糖尿病被发现与生物钟有关。

  长期以来流行病学研究发现,三名工作者比一般人降低2型糖尿病的风险。研究人员发现,褪黑激素和2型糖尿病的发病率。原因是有这种激素参与基因的变种。两项独立研究发现,称为MTNR1B的基因变体与2型糖尿病发病率增加有关。该基因的功能是产生与褪黑激素结合的受体,并对褪黑激素体蛋白作出反应。早在2007年,瑞典隆德大学的Raftergrand就发表了3000人的基因分析结果,其中一半患有2型糖尿病。进一步的研究发现,MTNR1B基因的变体与空腹血糖水平的增加有关。

  Grupp小组和其他三个研究小组分析了13项研究的结果,这些研究中的患者人数为18236人,均以2型糖尿病患者和64453名非糖尿病患者为对照,结果表明发现了MTNR1B变体在2007年由格鲁姆和其他人确实增加了发展为2型糖尿病的机会,如果你有一个变种,你发生2型糖尿病的风险增加9%,双基因变异为18%。

  虽然褪黑激素和糖尿病增加的机制尚不清楚,但研究人员推测,褪黑激素受体可能激活一个信号传递到胰腺,这是制造胰岛素的器官,因此涉及到糖尿病的发病机制。

  问根

  为什么是24小时?

  虽然Jeffrey Hall,Michael Rothbash和Michael Young解释了动物和人类24小时生物节律的分子基础,但人类和动物为什么会产生24小时生物节律,而不是36小时或45分钟的生物节律,小时的生物节律。

  也许这是一个不言而喻的公理,因为地球上的人类和生物都适应了地球的自转和革命。地球自转需要24小时(一天一夜),地球周围的周期是365天),人和动物要产生一个特定的24小时生物节律来适应旋转和旋转地球的。动物的昼夜节律与太阳升起和落下合作,以最大限度地利用太阳能。人们也很适合白天的工作和晚上的休息。

  相关主题:2017年诺贝尔奖特别提示:本文仅供参考,并不意味着本网站内容的外观或真实性。作为本网站的其他媒体,网站或个人转载,必须保留本网站上的“来源”,并对版权承担法律责任;如果您不想转载或联系转载稿费等事宜,请与我们联系。

关键词: 电子科技