Презентація "Біологічні ритми, частина 1"

Біологічні ритмичастина 1 Біологія та екологія, 11 клас, профільний рівень. Кириченко Т. Г., вчитель біології КЗ «Ліцей № 19 Нікопольської иіської ради»

Хронобіологія ХРОНОБІОЛОГІЯ - це наука, що вивчає ритмічне та закономірне коливання функцій організму людини протягом доби, що називається біологічними (циркадними) ритмами людини. Залежно від часу доби циклічно змінюється фізіологічний стан людини (тиск, температура тіла, кількість різних речовин у крові тощо), інтелектуальні можливості, настрій: вдень ми працездатні, переповнені енергією, а пізно ввечері – сонливі, готові до відпочинку.

Циркадні ритми. Більшість живих організмів передбачають щоденні зміни навколишнього середовища та адаптуються до них. У 18 столітті астроном Жан-Жак д'Ортус де Майран вивчав рослини мімози і виявив, що листя відкриваються до сонця вдень і закриваються в сутінках. Йому стало цікаво, що станеться, якщо рослину помістити в постійну темряву. Він виявив, що незалежно від щоденного сонячного світла листя продовжувало виконувати свої нормальні щоденні коливання. Рослини ніби мали свій біологічний годинник.Інші дослідники виявили, що не лише рослини, але також тварини та люди мають біологічний годинник, який допомагає підготувати нашу фізіологію до коливань дня. Ця регулярна адаптація називається циркадним ритмом, що походить від латинських слів circa , що означає «навколо», і dies , що означає «день». Але те, як працював наш внутрішній циркадний біологічний годинник, залишалося загадкою. Листя мімози розкриваються до сонця вдень, але закриваються в сутінках (верхня частина). Жан-Жак д'Ортус де Майран помістив рослину в постійну темряву (нижня частина) і виявив, що листя продовжують слідувати своєму нормальному щоденному ритму, навіть без будь-яких коливань денного освітлення.

Циркадні ритми. Лауреатами Нобелівської премії в галузі медицини та фізіології 2017 року стали троє американських вчених. Джеффрі Холл, Майкл Росбаш та Майкл Янг  за дослідження молекулярних механізмів, які контролюють добові біоритми людей, тварин та рослин. Їхні відкриття пояснюють, яким чином рослини, тварини та люди адаптують свої біологічні ритми, щоб вони синхронізувалися з обертанням Землі. Дослідникам вдалося ізолювати ген, який контролює біологічні ритми. Вчені змогли "зазирнути всередину нашого біологічного годинника та пояснити його внутрішню роботу.

Циркадні ритми У 1984 році Джеффрі Хол і Майкл Росбаш, працюючи в тісній співпраці з Університету Брандейса в Бостоні, і Майкла Янга з Університету Рокфеллера в Нью-Йорку, вдалося виділити ген period . Потім Джеффрі Холл і Майкл Росбаш виявили, що PER, білок, кодований періодом, накопичувався протягом ночі та розкладався протягом дня. Таким чином, рівні білка PER коливаються протягом 24-годинного циклу, синхронно з циркадним ритмом. Вчені припустили, що білок PER блокує активність гена period . Вони стверджували, що за допомогою гальмівної петлі зворотного зв’язку білок PER може запобігти власному синтезу і таким чином регулювати свій власний рівень у безперервному, циклічному ритмі. Спрощена ілюстрація регуляції зворотного зв’язку гена періоду . На малюнку показано послідовність подій протягом 24-годинного коливання. Коли ген періоду активний, утворюється м. РНК періоду. МРНК транспортується в цитоплазму клітини і служить матрицею для виробництва білка PER . Білок PER накопичується в ядрі клітини, де блокується активність гена period. Це призводить до гальмівного механізму зворотного зв’язку, який лежить в основі циркадного ритму.

Циркадні ритми Використовуючи плодових мушок як модельний організм, нобелівські лауреати виділили ген, який контролює нормальний щоденний біологічний ритм. Вони показали, що цей ген кодує білок, який накопичується в клітині протягом ночі, а потім розкладається протягом дня. Але як цей білок потрапляє в ядро для блокування гена? У 1994 році Майкл Янг відкрив другий ген годинника, timeless , який кодує білок TIM, необхідний для нормального циркадного ритму. У елегантній роботі він показав, що коли TIM зв’язувався з PER, два білки могли проникати в ядро ​​клітини, де вони блокували активність гена period , щоб замкнути гальмівну петлю зворотного зв’язку. Були виявлені також додаткові білки, необхідні для активації гена періоду , а також для механізму, за допомогою якого світло може синхронізувати годинник. Тепер ми розуміємо, що біологічні годинники функціонують за тими ж принципами в клітинах інших багатоклітинних організмів, включаючи людину. Про циркадні ритми популярно від Оксфордського університету https://youtu.be/2 Bo. Lqq. Nuqw. AСпрощена ілюстрація молекулярних компонентів циркадного годинника.

Гормональний годинник Важливу роль в роботі біологічного годинника в організмі людини грає частина головного мозку, що називається гіпоталамусом. Гіпоталамус від зорових нервів отримує пряму інформацію про зміну світла та пітьми, і відповідає за виділення головного регулятора циркадного ритму – гормону мелатоніну. Супрахіазматичне ядро - ядро передньої області гіпоталамуса - головний генератор циркадних ритмів у ссавців, керує виділенням мелатоніну в епіфізі та синхронізує роботу «біологічного годинника» організму. Активність нейронів СХЯ періодично змінюється протягом доби і підлаштовується під зовнішні світлові сигнали. З віком функції СХЯ як головного водія ритму організму погіршуються як для індивідуальних нейронів, так і на рівні всієї системи нейронів. Це порушує циркадні ритми при старінні, спричиняє порушення сну. Руйнування СХЯ призводить до незворотної втрати циркадних ритмів.

Гормональний годинник З 6:00 до 7:00 зростає рівень кортизолу. Саме він робить тіло і розум активним. В цей період добре працює не затьмарена денними турботами логіка, тому швидше приймаються правильні рішення, складаються чіткі плани на день і часто відміняється те, що ще ввечері здавалося геніальним. Склянка води вранці та легка зарядка допоможуть позбутися небажаних ефектів гормонів стресу. О 7:00 припиняє вироблятися мелатонін - гормон сну. І тому цінність подальшого лежання у ліжку рівна нулюі. О 8:00 активізуються статеві гормони, які також беруть участь у формуванні м’язевого каркасу. Тому, якщо не встигли виконати зарядку, саме час для неї. Або якщо поспішаєте на навчання або роботу - оберіть здоровий спосіб пересування (прогулянка пішки або велосипедом).10:00 - 14:00 максимально виробляється нейрогормон ДГЕА (Дегідроепіандростерон), який вкрай важливий для нашого здоров’я. Він відповідальний за нашу увагу та пам'ять. У цей час легко складаються безпомилкові звіти, запамятовуються нові знання! Саме тому усі заняття у школах/університетах припадають на цей час.

Гормональний годинник 14:00 - 16:00 – сплеск гормону росту - соматотропіну. У раптовій сонливості та втомі винен і він, а не лише смачний обід і безліч ранкових завдань. Якщо ви відчули різку сонливість в цей час, не відмовляйте собі в задоволенні поспати або просто відпочити 20-30 хвилин. Адже це також і гормон краси та вічної молодості. А легка фізична активність після цього сну лише піде на користь, оскільки гормон росту також відповідає за кількість м’язових тканин.  З 17:00 поступово знижується вміст кортизолу. Тому слова «давай це вже зробимо завтра» цілком виправдані – коли кортизол на нулі, голова працює гірше. М'язи, до речі, також – це на замітку тим, то любить вечірні заняття спортом.  З 21:00 починає вироблятися мелатонін, знижується температура тіла – і фізично ми хочемо тепла. У такий час потрібно бути поруч із рідними та близькими.  З 22:00 наш гіпофіз починає виробляти найбільш приємні гормони – ендорфіни. Сни будуть хорошими, якщо заснути саме в цей час.

Гормональний годинник З 22:00 до 4:00 – ми отримуємо максимальну користь від сну. Денний стрес позаду, організм готовий до перезавантаження, і прокидаємося ми легше та у хорошому настрої. З 2:00 за роботу знову береться соматотропний гормон (гормон росту) – запорука нашого здоров'я і молодості. Завдяки йому діти “літають уві сні”, а дорослі залишаються молодими, красивими, здоровими з міцними кістками та м’язами. Тому не варто відкладати завдання та роботу на таку пізню пору. Пам'ятайте, що від правильного вмісту усіх цих гормонів залежить Ваш продуктивний день та самопочуття. Рівень вищевказаних гормонів у крові регулює гіпофіз. 

Добова активність систем та органів

Список використанної літератури Хронобиология : навчальний посібник / М. Е. Дзержинський, І. М. Варенюк, Н. В. Демянчук – К.: "Інтерсервіс", 2013. – 242 с. Рыбаков В. П. Биоритмы на службе здоровья. – М.: Советский спорт, 2001.– 109 с. 3. Веб сайт Nobelprize, прес-реліз https://www.nobelprize.org/