您的位置：官方解读2017诺贝尔生理医学奖：生物钟如何控制身体
今年的诺贝尔奖得主研究的就是这个问题。1984 年，Jeffrey Hall 和Michael Robash（当时两人在波士顿的布兰迪斯大学）和洛克菲洛大学的Michael Young 紧密合作，成功地分离出了period 基因。他们把这个基因编码的蛋白其名为“PER”。他们发现，在晚上PER 会在果蝇体内积累，到了白天又会被分解。所以PER 的浓度会循环震荡，周期为24 小时，和昼夜节律相同。自我调节的周期节律
接下来，科学家需要研究的一个重大课题，就是PER 这个蛋白如何保持稳定的震荡周期。Jeffery Hall 和Michael Rosbash 提出了一个假说：PER 蛋白可以让period 基因失去活性。换句话说，PER 和period 形成了一个抑制反馈的环路，PER 可以抑制基因合成自己，这样就形成了一个连续，循环的节律（如下图）。
图丨period基因反馈条件的简单示意图。在这幅图里，period基因经过了一个完整的24小时周期。当period基因有活性的时候，可以合成period mRNA，后者进入细胞质后开始合成PER蛋白。PER又会进入细胞核，逐渐积累，抑制period的活性。这样就形成了一个抑制性的反馈机制，形成了昼夜节律。
这个模型非常有趣，但是仍然有几个问题没有解决。PER 蛋白质只有从细胞质进入细胞核，才能抑制period 基因。Jeffery Hall 和Robash的研究表明，每当晚上的时候，PER 蛋白会在细胞核里积累，但是它是如何进入细胞核的？1994 年，Michael Young 发现了第二个节律基因：timeless。Timeless 可以编码TIM蛋白，同样为正常节律所需。Young 做了一个漂亮的实验，发现TIM 会结合到PER 上，然后两个蛋白可以一起进入细胞核，并且在那里抑制period 基因的活性（如下图）。
图丨参与调节节律钟的分子的简单示意图
以上的研究揭示了细胞蛋白水平为什么会出现震荡，当还有问题。这种震荡的频率周期为什么维持在24 小时？Michael Young 又发现了一个基因doubletime，可以编码DBT 蛋白。DBT 可以延迟PER 蛋白的积累，这解释了为什么震荡的周期为什么会稳定在24 小时左右。
这三位新科诺贝尔奖得主的研究阐述了生物钟的理论基础。在随后的几年里，其他一些分子也被发现，进一步解释了生物钟的机理和稳定性。例如，他们三人还发现了其他一些蛋白可以维持period的活性，以及外界的光如何调节生物钟。
守时的人体生理学
生物钟在复杂的人体生理中的方方面面都有涉及。我们已经知道所有的多细胞生物，包括人类，都是使用同一个相似的机制来调节生理节奏。生物钟能调节我们大部分的基因，并且最终这个生物钟能使我们的生理情况适应一天中不同时段。
