Đồng hồ Circadian (đồng hồ vỗ nhịp giấc ngủ) điều chỉnh thời gian của các chức năng sinh học ở hầu hết các sinh vật cao cấp. Bất kỳ ai bay qua nhiều vùng có thời gian khác nhau đều đã từng trải qua chứng mất ngủ, chứng bệnh có thể xảy ra khi giờ giấc bị đảo lộn.

Một nghiên cứu mới do các nhà nghiên cứu trường Đại học Cornell và Dartmouth giải thích rằng đằng sau cơ cấu sinh học là cách đồng hồ circadian này cảm nhận được ánh sáng thông qua quá trình chuyển hóa năng lượng từ ánh sáng sang những phản ứng hóa học trong các tế bào. Bài nghiên cứu được xuất bản trong tờ Khoa học.

Đồng hồ Circadian trong tế bào phản ứng lại với sự khác nhau của ánh sáng giữa ngày và đêm, vì thế cho phép cơ chế này lường trước được những thay đổi trong môi trường bằng cách từng bước thực hiện quá trình trao đổi chất cho chu kỳ thường ngày. Đồng hồ này đảm nhiệm vai trò trong nhiều quá trình như: Quyết định thời gian lúc nào cây trồng mở cánh, hoa ra vào buổi sáng hay khép lại vào ban đêm; hoặc quyết định lúc nào các cây nấm nhả bào tử để đạt đến sự tăng trưởng cực đại.

Ở người, đồng hồ Circadian chịu trách nhiệm về nguyên nhân tại sao chúng ta buồn ngủ vào ban đêm và tỉnh giấc vào buổi sáng, chúng kiểm soát nhiều chức năng điều tiết (có tính chất thường xuyên) chính. Sự phá vỡ các nhịp giấc ngủ có thể gây ra chứng Jet lag, thuộc chứng bệnh về tinh thần và thậm chí là một vài dạng bệnh ung thư.

Brian Crane, cựu tác giả của bài báo và là phó giáo sư khoa hóa và hóa sinh trường Đại học Cornell nói: “Đồng hồ này được đặc biệt bảo tồn trong tất cả các sinh vật, và cụ thể là ở các sinh vật qua sự tiến hóa của hàng trăm triệu năm.”

Cuộc nghiên cứu đã bật mí cách nấm mốc (Neurospora crassa) sử dụng cảm biến ánh sáng của đồng hồ circadian kiểm soát sự sản sinh chất carotenoid, giúp bảo vệ chống lại sự hủy hoại từ bức xạ tia cực tím từ mặt trời ngay sau khi mặt trời mọc.

Các nghiên cứu gia đã nghiên cứu một loại protein được gọi là vivid, có chứa chromophore (sắc tố) thu hút photon (lượng tử ánh sáng) hoặc phần tử ánh sáng (hạt ánh sáng nhỏ), và năng lượng được lấy từ ánh sáng gây ra 1 loạt tương tác, cuối cùng dẫn đến những thay đổi về hình thể trên bề mặt của protein sặc sở. Những thay đổi kết cấu trên bề mặt của protein này làm đổi chổ hàng đống sự việc ảnh hưởng đến biểu hiện của gien, giống những việc như là tắt và mở chức năng sản xuất chất carotenoid.

Bằng cách thay thế một nguyên tử đơn (chất lưu huỳnh để lấy oxy) trên bề mặt của protein sặc sỡ, các nghiên cứu gia đã có thể đóng chặt chuỗi biến cố này lại và ngăn chặn các thay đổi kết cấu trên bề mặt protein, bằng cách ấy phá vỡ nguyên tắc sản sinh ra chất carotenoid.

Brian Zoltowski, tác giả chính của bài báo và là sinh viên tốt nghiệp khoa Sinh - Hóa trường Đại học Cornell nói: “Giờ đây chúng tôi có thể chứng minh rằng ở sinh vật, sự thay đổi hình thể trong protein này liên quan trực tiếp đến chức năng của nó.”

Đồng hồ circadian cho phép loại nấm điều chỉnh và sản xuất các carotenoid chỉ khi nào chúng cần được bảo vệ chống lại các tia của mặt trời. Từ “vặn” tương tự cũng có thể chịu trách nhiệm trong việc điều hòa thời gian cho chu kỳ ngủ ở loài người.

“Chúng tôi đã rất quan tâm đến việc cố gắng tìm hiểu hành vi ở cấp phân tử,” Crane nói, “đây là một ví dụ tuyệt vời của nghành Hóa - Sinh, ở một chừng mực cụ thể nào đó trong ví dụ này, chúng tôi có thể làm rối tung phân tử đơn hóa học và thật sự thay đổi hành vi của một cơ chế phức tạp.”

Nấm mốc (Neurospora crassa) - (Ảnh: Nigms.nih.gov)

Theo Sciencedaily, Sở KH & CN Đồng Nai, Khoahoc.com.vn