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生物钟的机制与调控

生活在这个世界上的所有生物都有自己的生物钟，它是一种内

在的生理时钟，可以帮助生物在日夜周期中进行各种活动，如觅

食、睡眠、繁殖等。虽然生物钟的存在已为人所知多年，但直到

最近才开始深入研究其机制和调控。本文将对生物钟的机制与调

控进行介绍。

生物钟的机制

生物钟的机制有两种形式：细胞水平和组织水平。在细胞水平

上，生物钟是由内部自我调节机制和外部环境刺激相互作用形成

的。在组织水平上，生物钟在组织之间相互作用的基础上形成，

这些组织包括脑、眼睛、皮肤、肠道等等。

内部时钟的机制通常与生物体内的分子时钟、环境变化刺激以

及其他因素有关。可以分成两大类：第一类是负反馈机制，第二

类是阳性反馈机制。

在负反馈机制中，细胞的核壳区拥有一组基因，这组基因控制

着细胞的生物钟，包括基因座的周期性表达、转录和翻译等。其

中循环反馈延迟环节就是由周期性表达的基因组成的，表达的周

期往往是24小时。这些基因在细胞周期性地自我抑制和活化，进

行内在的负反馈回路。基因表达和活性受周期性变化的神经递质

和激素的调控，这些受到外界环境刺激的变化。

阳性反馈机制有助于产生更快地反应，在生物钟的起始阶段中

更有重要作用。阳性反馈机制将外部条件的控制器与生物钟合并。

当这个机制受到外部刺激时，它可以更快地启动其生物钟。

对于动物来说，大脑中的中枢时钟是主导机制。动物的中枢时

钟是由大脑中的脑室管区（supra-chiasmaticnucleus，SCN）控制

的。当昼夜周期变化时，外界的光照明显影响SCN神经元的活动。

此时，在SCN中的神经元负责周期性地调节各种下游神经递质、

激素的分泌和组织的活动。

在植物中，细胞水平的生物钟通常被称为循环激活/抑制系统。

这种系统实现了循环激活/抑制才能产生固定的24小时周期性。在

植物的循环激活/抑制系统中，有两种主要的生物时钟酶，分别是

植物生物钟核心信号分子CIRCADIANCLOCKASSOCIATED1

（CCA1）和植物生物钟核心信号分子LATEELONGATED

HYPOCOTYL（LHY），它们控制了植物中许多基因的表达。

生物钟的调控

外界环境因素，如光照，是生物钟的重要调节因子。光照直接

影响SCN神经元的活动，从而影响整个生物钟系统。昼夜时间的

改变也会影响基因的表达，以此影响基因调控生物钟内所有机制

的核心。

在植物中，气温、湿度、盐度、营养状况等环境因素也可以影

响植物的生物钟。事实上，外界环境的变化多变，因此植物必须

不断地调整内部时钟以适应不同的环境条件。

除了外界的环境因素外，一些食物和化学物质也可以影响生物

钟。双硫仑等药物可影响生物钟的调节，因而常常被用来治疗生

物钟失调相关疾病。

总结

总之，生物钟是生物体的重要生理机能，它能够调节很多方面，

如代谢、睡眠、免疫等。生物钟是由多种内部和外部机制相互作

用而形成的，其调节与机制之间存在密切联系。对于人类来说，

生物钟的失调会导致睡眠障碍、代谢紊乱等疾病。因此，加深生

物钟的机制和调控的研究，对于人类的健康有着重要的意义。