Relógio biológico

Mestre em Dinâmica dos Oceanos e da Terra (UFF, 2016)
Graduada em Biologia (UNIRIO, 2014)

Ritmos circadianos são mudanças físicas, mentais e comportamentais que ocorrem durante um intervalo de 24 horas, em resposta principalmente a períodos de luz e escuridão. Este ciclo é coordenado pelo relógio biológico de um indivíduo, que corresponde à um conjunto de proteínas e o Núcleo Supraquiasmático (NSQ).

Estrutura biológica e funções

Relógio biológico é o nome dado à um conjunto de proteínas que interage com as células nos tecidos do corpo, regulando a produção e liberação de hormônios, a digestão, a fertilidade e a temperatura do corpo, entre outros. Os genes period e timeless codificam as proteínas PER e TIM, respectivamente, que se acumulam no interior das células durante a noite, e diminuem em quantidade ao longo do dia. Isto acontece porque sua produção está relacionada à sinais do ambiente, principalmente a luz; portanto, a exposição à luz em horários irregulares pode afetar o ritmo circadiano do indivíduo e a qualidade do seu sono. A melatonina, hormônio responsável pela regulação do sono, é produzida pelas proteínas do relógio biológico; quanto menor a intensidade de luz, maior a produção de melatonina e melhor será a qualidade do sono do indivíduo. Além da exposição à luz em horários irregulares, incluindo a luz emitida por aparelhos eletrônicos, mutações nos genes que codificam as proteínas do relógio biológico e mudanças de fuso horário (em inglês, jet-lag) também podem afetar o ritmo circadiano do organismo. Por sua vez, disfunções no ciclo biológico estão associadas a doenças como diabetes, insônia, obesidade, depressão e transtorno bipolar.

Além das proteínas PER e TIM que interagem com as células teciduais, o relógio biológico também conta com uma “central de controle”, localizada no hipotálamo. Essa central, conhecida como Núcleo Supraquiasmático (NSQ), é formada por mais de 20 mil neurônios e recebe os sinais captados pela retina ocular, transmitindo-os ao gânglio cervical superior, que irá estimular ou inibir a produção de melatonina pela glândula pineal. Este mecanismo também desempenha um importante papel na regulação do ritmo circadiano de cada indivíduo e, por isso, conferiu ao NSQ o nome popular de “relógio mestre”. No entanto, estudos com insetos e ratos já revelaram que estes animais são capazes de manter o ritmo circadiano, mesmo na ausência desta estrutura cerebral (NSQ), sugerindo que o mecanismo de feedback das proteínas PER e TIM pode ser suficiente para manter o funcionamento apropriado do relógio biológico de um indivíduo. Também foi concluído que o período do ciclo diário (i.e. manhã, tarde, noite) é um fator especialmente importante para o funcionamento adequado de processos biológicos em escala local, i.e. em cada tecido ou órgão.

Mecanismo de feedback

A regulação do ritmo circadiano nas células corporais se dá através de um mecanismo de feedback. As proteínas PER e TIM, codificadas pelos genes period e timeless, estão presentes em grande quantidade no núcleo celular durante a noite (i.e. período escuro), e são quebradas conforme à exposição do indivíduo à luz. Quando todas as proteínas PER e TIM são degradadas, outras duas moléculas entram em ação: as proteínas CLOCK e CYCLE. Estas estruturas se conectam, formando um complexo, e posteriormente se associam aos genes period e timeless, ligando-os (i.e. iniciando novamente a transcrição dos genes). Isto acontece, geralmente, por volta do meio-dia. Ao anoitecer, as proteínas PER e TIM já transcritas, inativam o complexo CLOCK e CYCLE, desligando sua própria produção. A partir deste momento, o ciclo se reinicia, com a quebra de PER e TIM ao longo do dia.

Obs.: Os genes period e timeless, e as proteínas codificadas PER e TIM, foram descritos para moscas, e sequências genéticas similares porém com algumas modificações, estão presentes nos mamíferos.

Referências:

National Institute of General Medical Sciences. Circadian Rhythms. Disponível em: https://www.nigms.nih.gov/education/fact-sheets/Pages/circadian-rhythms.aspx

Scientific American. The Tick-Tock of the Biological Clock. Disponível em: https://www.scientificamerican.com/article/the-tick-tock-of-the-biological-clo/

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