Els rellotges biològics són un tema que està de moda. Segur que has sentit a parlar dels ritmes circadiaris (ritmes circadians és un terme incorrecte en català), però saps què són? És el mateix un rellotge biològic que un ritme circadiari? Queda’t fins al final per descobrir-ho!

Rellotges biològics, un conjunt de bioritmes

Els ritmes de la Terra no s’adapten a nosaltres, sinó que nosaltres ens adaptem a ella. Això és el que ha fet l’evolució al llarg de milions d’anys. Molts dels nostres processos interns segueixen una cronologia idèntica a la rotació de la Terra: es repeteixen cada 24 h seguint el mateix patró. Aquests patrons s’anomenen ritmes circadiaris (del llatí circa, al voltant de, i die, dia), i són diferents per cada molècula. Per exemple, un metabòlit pot augmentar de concentració a primera hora del matí, mentre que un altre ho farà a la tarda, i potser un altre no seguirà cap mena de patró.

Pel que fa als ritmes circadiaris, podem dir que són tipus de bioritme. Un bioritme és una fluctuació que segueix una regularitat periòdica. Pot ser que es repeteixi anualment, mensualment (com ara la menstruació) o diàriament. En aquest últim cas parlarem de ritmes circadiaris.

El conjunt de bioritmes fan que cadascuna de les nostres cèl·lules actuï com un petit rellotge biològic. Poden saber en quin moment temporal ens trobem, fins i tot sense dependre de factors ambientals. Però, com s’ho fan? Han d’existir algunes molècules que marquin el bioritme primordial. Per entendre’ns, seria com aquell engranatge que mou la resta de peces d’un rellotge. 

Rellotge

Una mica d’història

Fins ara hem vist que els rellotges biològics són un conjunt de bioritmes. Són tan importants que resulten imprescindibles per la vida a la Terra. De fet, es poden trobar en quasi tots els organismes vius: des de mamífers a cianobacteris, passant per plantes i fongs.

El primer científic a observar-los va ser l’astrònom Jean-Jacques Dortous (segle XVIII). Encara que estigués més interessat en les estrelles, de tant en tant també se centrava en aspectes més terrenals. Es va fixar en un fenomen força curiós: les fulles de la mimosa es tancaven a la nit, però durant el dia es tornaven a obrir. Com has pogut deduir, aquesta planta segueix un ritme circadiari.

A partir d’aquí es van anar descobrint altres fenòmens que seguien bioritmes, especialment de tipus circadiari. Però encara quedava per resoldre el més gran dels enigmes: faltava descobrir el bioritme primordial. Encara havia d’arribar algú que trobés el bioritme controlador de la resta de ritmes circadiaris. Fins a finals del segle XX que no es va produir la seva descoberta, de la mà dels científics Jeffrey C. HallMichael Rosbash i Michael W. Young. Tanmateix, el Nobel de Medicina no va arribar fins a l’any 2017 (bastants anys més tard).

Base molecular del bioritme primordial

El bioritme primordial, com qualsevol altre ritme circadiari, consisteix en un conjunt de molècules que fluctuen periòdicament cada 24 h. Concretament, les protagonistes d’aquesta història són tres proteïnes diferents:

  • Proteïna Period (Per). Està codificada pel gen per.
  • Proteïna Timeless (Tim). Està codificada pel gen tim.
  • Proteïna Doubletime (Dbt). Està codificada pel gen dbt.

La primera proteïna que es va descobrir va ser Per, la qual seguia un ritme circadiari. S’acumulava de nit, mentre que la seva concentració baixava durant el dia. Això és perquè presenta un feedback negatiu, és a dir, el producte del gen n’inhibeix l’expressió. La proteïna Per, quan s’acumula, inhibeix l’expressió del gen per.

Ara bé, la proteïna Per es fabrica en el citoplasma i du a terme la seva acció dins del nucli (on hi ha el gen per). El transport des d’un compartiment fins a un altre es fa amb una mica d’ajuda: la proteïna Tim. Quan Tim s’uneix a Per, les dues proteïnes tenen la capacitat d’entrar dins del nucli, on la proteïna Per inhibirà el gen per.

I la proteïna Dbt, de què s’encarrega? Els primers estudis van revelar que retardava l’acumulació de la proteïna Per. Això és perquè marca el complex Per-Tim amb un fosfat per conduir-lo a la degradació. La proteïna Dbt és, per tant, una kinasa (una proteïna encarregada d’afegir fosfats sobre les proteïnes).

Esquema rellotge

Ja per acabar…

Un dels ritmes circadiaris més cèlebres és el de la melatonina: l’hormona de la son. Aquesta es comença a fabricar al vespre, arriba al seu màxim cap a la mitjanit i disminueix progressivament fins a l’hora de llevar-se. Tot i que normalment el procés s’autoregula, es pot modificar per factors externs. Per exemple, quan fem un viatge molt llarg, caldrà reiniciar el rellotge biològic per adaptar-nos al nou fus horari. I, esclar, això suposa un període d’adaptació.

Però no només passa amb els viatges. I els mòbils? I la televisió? Des de la invenció de la bombeta, els humans hem anat enganyant el cicle circadiari de la melatonina. Potser ja és hora que li prestem atenció! Si és de nit, el nostre metabolisme reclama foscor, en comptes de la llum de les pantalles.

Per saber-ne més

National Institute of General Medical Sciences – Hoja informativa sobre los ritmos circadianos

El País – “La alteración del sueño y de los ritmos circadianos puede dañar la salud”

The Nobel Prize – Discoveries of molecular mechanisms controlling the circadian rhythm