Skemo de la homa biologia horloĝo
**Cirkadia ritmo** aŭ **tagnokta ritmo** estas biologia procezo, kiu havas ciklon de proksimume 24 horoj. Vera cirkadia ritmo estas impulsata de interna biologia horloĝo anstataŭ sole respondi al ŝanĝoj de la medio. La biologia horloĝo sinkronas al la taga-nokta ciklo per signoj kiel lumo, temperaturo aŭ manĝaĵo. La dorma ciklo estas la plej videble cirkadia ritmo en homoj, sed preskaŭ ĉiuj fiziologiaj procezoj kaj konduto havas cirkadiajn ritmojn. Cirkadiaj ritmoj estas observataj en multaj bestoj, plantoj, fungoj kaj cianobakterioj.

Ĝeneralaj trajtoj
-----------------

Cirkadia konduto de muso. Nigro indikas, kiam la muso vekas kaj kuras en rulo, kaj ĉiu vico estas 48 horoj. Kiam la muso estas en luma-malluma ciklo (LM), ĝi havas cirkadian periodon de 24 horoj. Ankaŭ kiam ĝi estas en senĉesa mallumo (MM) aŭ senĉesa lumo (LL), ĝia cirkadia ritmo ankoraŭ restas, sed iĝas ete pli mallonga aŭ longa ol 24 horoj.La neologisma vorto "cirkadia" venis de la latina *circa* (ĉirkaŭ) + *diem* (tago). Veraj cirkadiaj ritmoj originas interne de la organismo, do se oni metus organismon en konstata medio, ĝiaj ritmoj ankoraŭ ciklus kun periodo de proksimume 24 horoj. Tiu horloĝo estas samtempigita per signaloj de la medio, nomita *Zeitgeiber* (de la germana "tempodonisto"). La plej grava *Zeitgeiber* estas lumo, sed eblaj *Zeitgeiber*-oj inkluzivas ankaŭ temperaturon, manĝaĵojn kaj aktivadon. Ricevi lumon matene igos la horloĝon pli frua, kaj ricevi lumon vespere igos ĝin pli malfrua.

Multaj ĉeloj (la unuĉelaj kaj tiuj en plurĉelaj vivuloj) havas cirkadiajn ritmojn, kiuj estas generataj de molekulaj mekanismoj. En bestoj, ekzistas unu aŭ kelkaj histoj, kiuj estas estraj cirkadiaj horloĝoj. Ĉi tiuj estraj cirkadiaj horloĝoj ofte troviĝas en la cerbo aŭ la retino. Mediaj signaloj sinkronigas la estran horloĝon, kaj la estra horoloĝo sinkronigas periferiajn ĉelojn kaj histojn en la korpo per hormonaj aŭ neŭraj signaloj. La periferiaj horloĝoj, ekzemple intesto, kelkfoje estas sinkronigataj per aliaj *Zeitgeber*-oj kiel manĝaĵo. Eble ekzistas malbonaj sanaj efektoj kiam la periferiaj kaj estra horloĝoj malsinkronas.

Biologia graveco
----------------

Plejparte da mamula fiziologio kaj konduto havas ĉiutagajn oscilojn. Uzante internan horloĝon, organismo povas aĝustigi biologiajn procezojn antaŭ ol la ŝanĝoj de la medio, anstataŭ respondi al la ŝanĝoj. Tiumanere la organismo povas uzi siajn rimedojn pli efike kaj organizi biologiajn procezojn per tempo pli efike. Eksperimentoj montras ke organismoj transvivi pli bone kiam la periodo de la interna horloĝo samas kun la periodo de la medio.

### Homa sano

Cirkadiaj ritmoj estas perturbitaj kie la biologia horloĝo ne samas kun la media horo, ekzemple pro vojaĝado trans horzonoj, laborado dum nokto, aŭ malregula dorma horaro. La somera tempo ĉiufoje postulas adapton de la tagnokta ritmo de homoj, precipe infanoj suferas pro tio, kaj povus trolaciĝi dum la semajno post la du tempoŝanĝoj jare.
Cirkadiaj ritmoj ankaŭ estas perturbitaj kie la horloĝoj de diversaj organoj ne samas inter si mem, ekzemple kiam oni noktomeze manĝas.

Malofte, gena mutacio ankaŭ povas kaŭzi perturbon de cirkadiaj ritmoj. Perturbitaj cirkadiaj ritmoj pliigi la riskon de malsanoj kiel trodikiĝo, diabeto,
deprimo,
korvaskula malsano, kancero
kaj neŭrodegenera malsano.

Simptomoj de multaj malsanoj okazas kun 24-hora ciklo. Ekzemple, simptomoj de Alzheimer-malsanuloj ofte malbonas dum la vespero.
kaj korinfarktoj okuras pli probable ĉe la mateno.

Molekulaj mekanismoj
--------------------

En mamuloj, la kerna molekula horloĝo konsistas el kelkaj genoj en fermitcikla regilo. La transskrib-faktoroj CLOCK kaj ARNTL formas dumeron kiu pliigas la transskribadon de la *PER* genoj (*PER1*, *PER2*, *PER3*) kaj la CRY genoj (*CRY1*, *CRY2*). Poste, PER:CRY dumeroj malpliigas la agado de CLOCK kaj ARNTL.

Anatomio kaj fiziologio
-----------------------

Lumo sinkronas la biologian horloĝon en la SKN, kaj la SKN sendas signalojn, kiuj influas fiziologion kaj konduton.
En mamuloj, la centra horloĝo estas en superkruciĝa nukleo (SKN), parto de la hipotalamo. SKN konsistas el ĉirkaŭ 20.000 da neŭronoj, kies ritmoj samtempigatas inter si mem per molekulaj signoj. Retina ganglio ĉeloj en la retino ricevas lumo, kaj sendas la signon al la SKN. La SKN sendas signalojn al aliaj cerbaj regionoj, plejparte al aliaj nukleoj en la hipotalamo kaj al la pineala glando, kiu faras melatoninon.

Historio de scienca esploro
---------------------------

La unua montro de biologia horloĝo estas de Jean-Jacques d'Ortous de Mairan je 1729 kun la planto *Mimosa pudica*. La folioj de la planto fermas dum la nokto kaj malfermas dum la tago, kaj li observas ke tiu movado ankoraŭ daŭras se li metas la planton en senĉesa mallumo.
Je 1972, esploranto malkovris ke la biologia horloĝo estas en la superkruciĝa nukleo/hipotalamo.
La unua cirkadia geno, *period*, estas trovita je 1971 en muŝo,
kaj la unua mamula cirkadia geno, *CLOCK*, estas trovita en muso je 1995.

Cirkadia horloĝo
----------------

**Cirkadia horloĝo**, aŭ **cirkadia oscilatoro**, estas speco de perioda horloĝo kun stabila fazo, sinkronigita kun la suna tago.

La *in viva* periodo de tia horloĝo estas preskaŭ ekzakte 24 horoj: Tera tago. Interne sinkronigitaj tagnokta horloĝo permesas al la plej multaj vivaĵoj esti pretaj por ĉiutagaj mediaj ŝanĝoj, rilataj al la taga kaj nokta ciklo kaj ŝanĝi sian biologion kaj konduton laŭe.

La termino **cirkadio** devenas de la latina vorto *circa* (kiel ĉirkaŭ, proksimume) kaj *dies* (signifante tago), ĉar pro foresto de eksteraj signalvortoj (kiel ĉirkaŭa lumo), ĝi ne daŭras ekzakte 24 horojn. Homaj horloĝoj en laboratorio sub konstanta malalta lumo, ekzemple, averaĝos ĉirkaŭ 24,2 horojn tage, ne ĝuste 24 horojn. 

La normala korphorloĝo daŭras ekzakte 24 horojn, kiam ĝi ricevas sufiĉe da ĉiutagaj korektaj signaloj de la medio, ĉefe taglumo kaj mallumo. Cirkadaj horloĝoj estas la centraj mekanismoj kiuj kondukas la biologian horloĝon. Ili konsistas el tri ĉefaj komponentoj:

* Centra biokemia oscilatoro kun tempoperiodo de proksimume 24 horoj kiu konservas tempon;
* Serio de enirtrakoj al ĉi tiu centra oscilatoro, por permesi horloĝdrivon ;
* Serio de produktaĵvojoj ligitaj al malsamaj fazoj de la oscilatoro, kiuj reguligas apartajn ritmojn en biokemio, fiziologio kaj konduto en ĉiu vivanta estaĵo.

La horloĝo rekomenciĝas kiam organismo sentas mediajn tempoindikojn, kies ĉefa estas lumo. Cirkadaj horloĝoj estas ĉieaj en la histoj de la korpo, kie ili estas sinkronigitaj per kaj internaj kaj eksteraj signaloj por reguligi la regulan agadon dum la tago en maniero konvena al la specifaj histoj.  La tagnokta horloĝo estas interplektita kun la plej multaj ĉelaj metabolaj procezoj kaj estas trafita per la maljuniĝado de la organismo.  La bazaj molekulaj mekanismoj de la biologia horloĝo estis difinitaj en vertebrulspecioj, la esploro pri *Drosophila*, plantoj, fungoj, bakterioj,  kaj ŝajne ankaŭ en arkeonoj.

En 2017, la Nobel-premio pri fiziologio aŭ medicino estis aljuĝita al Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash kaj Michael W. Young "pri la eltrovoj de molekulaj mekanismoj kontrolantaj la tagnoktan ritmon" en fruktmuŝoj.

Referencoj
----------

1. ↑  Vd en PIV la terminon "Tagnokta ritmo"
2. ↑  Dibner, C;  Schibler, U;  Albrecht, U  (2010). The Mammalian Circadian Timing System: Organization and Coordination of Central and Peripheral Clocks. Annual Reviews **72** 517-549. COI:10.1146/annurev-physiol-021909-135821.
3. ↑  Yerushalmi, S;  Green, R  (2009). Evidence for the adaptive significance of circadian rhythms. Ecology Letters **12** (9) 970-981. COI:10.1111/j.1461-0248.2009.01343.x.
4. ↑  Arble, D;  Ramsey, K;  Bass, J;  Turek, F  (2010). Circadian disruption and metabolic disease: Findings from animal models. Best Practice & Research Clinical Endocrinology & Metabolism **24** (5) 785-800. COI:10.1016/j.beem.2010.08.003.
5. ↑  Gorwood, P  (2010). Review: Restoring circadian rhythms: a new way to successfully manage depression. Journal of Psychopharmacology **24** (2) 15-19. COI:10.1177/1359786810372981.
6. ↑  Stevens, R  (2009). Light-at-night, circadian disruption and breast cancer: assessment of existing evidence. International Journal of Epidemiology **38** (4) 963-970. COI:10.1093/ije/dyp178.
7. ↑  Musiek, E  (2015). Circadian clock disruption in neurodegenerative diseases: cause and effect?. Frontiers in Pharmacology **6**. COI:10.3389/fphar.2015.00029.
8. ↑  Volicer, L;  Harper, D;  Manning, B;  Goldstein, R;  Satlin, A  (2001). Sundowning and Circadian Rhythms in Alzheimer’s Disease. American Journal of Psychiatry **58** (5) 704-711. COI:10.1176/appi.ajp.158.5.704.
9. ↑  Muller, JE;  Stone, PH;  Turi, ZG;  kaj aliaj  (1985). Circadian Variation in the Frequency of Onset of Acute Myocardial Infarction. New England Journal of Medicine **313** (21) 1315-1322. COI:10.1056/NEJM198511213132103.
10. ↑  Ko, CH;  Takahashi, JS  (2006). Molecular components of the mammalian circadian clock. Human Molecular Genetics **15** (suppl 2) R271-R277. COI:10.1093/hmg/ddl207.
11. ↑  Kalsbeek, A;  Palm, IF;  La Fleur, SE;  Scheer, FAJL;  Perreau-Lenz, S;  Ruiter, M;  Kreier, F;  Cailotto, C;  Buijs, RM  (2006). SCN Outputs and the Hypothalamic Balance of Life. Journal of Biological Rhythms **21** (6) 458-469. COI:10.1177/0748730406293854.
12. ↑  de Mairan, JJO  (1729). Observation Botanique. Histoire de l'Academie Royale des Sciences 458-469.
13. ↑  Stephan, FK;  Zucker, I  (1972). Circadian Rhythms in Drinking Behavior and Locomotor Activity of Rats Are Eliminated by Hypothalamic Lesions. Proceedings of the National Academy of Sciences **69** (6) 1583-1586.
14. ↑  Moore, RY;  Eichler, VB  (1972). Loss of a circadian adrenal corticosterone rhythm following suprachiasmatic lesions in the rat. Brain Research **42** (1) 201-206. COI:10.1016/0006-8993(72)90054-6.
15. ↑  Konopka, RJ;  Benzer, Seymour  (1971). Clock Mutants of Drosophila melanogaster. Proceedings of the National Academy of Sciences **68** (9) 2112-2116.
16. ↑  Vitaterna, MH;  King, David;  kaj aliaj  (1994). Mutagenesis and Mapping of a Mouse Gene, Clock, Essential for Circadian Behavior. Science **264** (5159) 719-725. COI:10.1126/science.8171325.
17. ↑   (1999-07-15) "Human Biological Clock Set Back an Hour", *Harvard Gazette*.  Alirita 2015-07-29..
18. ↑   (February 2005) "System-level identification of transcriptional circuits underlying mammalian circadian clocks", *Nature Genetics* **37** (2), p. 187–192. doi:10.1038/ng1504.
19. ↑   (May 2013) "Aging signaling pathways and circadian clock-dependent metabolic derangements", *Trends in Endocrinology and Metabolism* **24** (5), p. 229–237. doi:10.1016/j.tem.2012.12.002.
20. ↑   (2001) "Molecular bases of circadian rhythms", *Annual Review of Cell and Developmental Biology* **17**, p. 215–253. doi:10.1146/annurev.cellbio.17.1.215.
21. ↑   (2004) "Mammalian circadian biology: elucidating genome-wide levels of temporal organization", *Annual Review of Genomics and Human Genetics* **5**, p. 407–441. doi:10.1146/annurev.genom.5.061903.175925.
22. ↑   (May 2012) "Peroxiredoxins are conserved markers of circadian rhythms", *Nature* **485** (7399), p. 459–464. doi:10.1038/nature11088.
23. ↑   (March 2003) "Origin and evolution of circadian clock genes in prokaryotes", *Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America* **100** (5), p. 2495–2500. doi:10.1073/pnas.0130099100.
24. ↑   (2009) "Diurnally entrained anticipatory behavior in archaea", *PLOS ONE* **4** (5), p. e5485. doi:10.1371/journal.pone.0005485.
25. ↑   The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017. Alirita 2017-10-06.

Vidu ankaŭ
----------


|  |  |
| --- | --- |
| Portala ikono | Portalo pri Biologio |

* Biologia ritmo
* Tempobiologio

* Kategorio Tagnokta ritmo en la Vikimedia Komunejo (Multrimedaj datumoj)