اختبر علماء معهد وايزمان للعلوم التحكم في الساعة البيولوجية على عمليات التمثيل الغذائي في الميتوكوندريا. وقد تساعد نتائج أبحاثهم مستقبلاً في تطوير أنظمة غذائية للسمنة والتخسيس تعتمد على ساعات تناول الطعام، وليس على كمية الطعام التي يتناولها الشخص، مما يساعد كلا السكانين الذين يعانون من نقصه. من الطعام، ومن يعانون من الإفراط في تناول الطعام.
العلماء وعلى رأسهم د.جاد عاشر ومن قسم العلوم الجزيئية الحيوية في المعهد، تتم دراسة العلاقات المتبادلة بين هذه الساعات ("الساعات البيولوجية") وعمليات التمثيل الغذائي في أجسامنا. نتائج الأبحاث التي أجراها الدكتور عدي نيوفيلد كوهين، من مجموعة الدكتور آشر، بالتعاون مع الدكتورة ماريا روبلز والبروفيسور ماتياس مان من معهد ماكس بلانك للكيمياء الحيوية في ألمانيا، تم نشرها مؤخرا في المجلة العلمية "سجلات الأكاديمية الأمريكية للعلوم" (PNAS).
يقول الدكتور آشر: "إن البيئة على الأرض، حيث يوجد يوم مكون من 24 ساعة، تسببت، من خلال التطور، في تطور الساعات البيولوجية". "هذه الساعات الموجودة في البكتيريا والذباب والبشر وغيرهم، تقيس الوقت حتى بدون تحفيز خارجي. إنها تلعب دورًا مركزيًا في التحكم في إيقاعات النوم والنشاط والأكل والتمثيل الغذائي في دورة مدتها 24 ساعة. بمعنى ما، هذا نوع من المذكرات التي تخبر أجسامنا بما هو متوقع، حتى يتمكن الجسم من الاستعداد لما سيأتي والتصرف على النحو الأمثل.
تتحكم الساعات البيولوجية في معظم عمليات التمثيل الغذائي في الجسم. كل شخص تقريبًا لديه دورة مدتها 24 ساعة: وهذا هو الحال على المستوى الفسيولوجي في الكائن الحي بأكمله (ضغط الدم، ومستويات السكر، ومستويات الهرمونات)، وكذلك على المستوى الجزيئي (الإنزيمات والمسارات الأيضية التي لها ذروة واحدة في كل دورة). يوم). ولهذا السبب، يؤدي تعطيل الساعة البيولوجية إلى الإضرار بالعديد من العمليات البيولوجية. وهكذا، على سبيل المثال، فإن الفئران التي لديها ضرر وراثي في ساعتها البيولوجية، وكذلك الأشخاص الذين يعملون في نوبات تعطل ساعتهم البيولوجية، يعانون من السمنة والسكري ومتلازمة التمثيل الغذائي.
وقام العلماء بدراسة آليات التحكم التي من خلالها تؤثر الساعة البيولوجية على عملية التمثيل الغذائي في الخلية، وعلى إنتاج الطاقة واستهلاكها. تعمل "محطة الطاقة" للخلية في عضية صغيرة داخل الخلايا، تسمى الميتوكوندريا (في الجمع، الميتوكوندريا). وفحص العلماء ما إذا كانت بعض البروتينات الضرورية لوظيفتها تتراكم خلال النهار في الميتوكوندريا، وتؤثر على إنتاج الطاقة. واكتشفوا أن حوالي 40% من بروتينات الميتوكوندريا، من بين مئات البروتينات التي تم تحديدها وتحديد كميتها، تتراكم بطريقة يومية. أي أنه خلال اليوم هناك ذروة واحدة في كميتها، ويتم التحكم في هذه العملية في الغالب عن طريق الساعة البيولوجية. والمثير للدهشة أن معظم بروتينات الساعة البيولوجية في الميتوكوندريا تراكمت خلال أربع ساعات بعد بدء دورة الضوء اليومية (تم إجراء التجربة على الفئران التي تنشط ليلاً وتنام أثناء النهار).
العديد من هذه البروتينات الإيقاعية هي في الواقع إنزيمات أساسية تحدد معدل نشاط الميتوكوندريا. على سبيل المثال، يتراكم الإنزيم المركزي الذي يحدد معدل استخدام السكريات لإنتاج الطاقة عند الساعة 4:00، لذلك من المحتمل أن تكون القدرة على استخدام السكريات في الميتوكوندريا في هذا الوقت في ذروتها. ولذلك، قام العلماء بتزويد الميتوكوندريا بالسكر، ووجدوا أنه في حوالي الساعة الرابعة عصراً كانت عملية التنفس واستخدام السكر لإنتاج الطاقة في ذروتها، مقارنة بمستواها خلال بقية اليوم. في المقابل، تراكم البروتين المسؤول عن معدل دخول الأحماض الدهنية إلى الميتوكوندريا عند الساعة 4:00، وأظهر اختبار استخدام الأحماض الدهنية أن معالجة الدهون في ذلك الوقت كانت بالفعل الأمثل. وفي الفئران التي لديها طفرة جينية تؤدي إلى إتلاف ساعتها البيولوجية، لم يكن هناك فرق بين كمية هذه البروتينات خلال اليوم، وبناء على ذلك، كان نشاط تحطيم الدهون والسكريات ثابتا طوال اليوم.
تعزز هذه النتائج مفهوم أن الساعة البيولوجية تتحكم في التغيرات في معدل إنتاج وتكسير مواد معينة في الجسم، وأنها تتحكم في العمليات في الميتوكوندريا سواء من خلال التأثير المباشر عليها، أو من خلال التأثير غير المباشر على المواد. التي تصل إليه، على سبيل المثال، من خلال التأثير على ساعات الأكل في الجسم.
قد تساعدنا هذه النتائج في تعلم كيفية التحكم في كفاءة استخدام بعض العناصر الغذائية، سواء عندما يكون هناك نقص فيها أو عندما يكون هناك فائض منها. "في الماضي، أظهرنا أنه إذا تناولت الفئران الطعام ليلاً فقط، خلال ساعات نشاطها، وليس عندما تريد، فإنها ستأكل نفس الكمية من السعرات الحرارية، لكن مستويات الدهون في كبدها ستكون أقل بنسبة 50%". يقول الدكتور آشر. "وبعبارة أخرى، النتيجة لا تعتمد فقط على ما يتم تناوله، ولكن أيضًا على وقت تناول الطعام. فإذا عرفنا كيف نخطط بشكل صحيح للأوقات المناسبة لنشاط الجسم، فقد نتمكن من الاستفادة من العناصر الغذائية المختلفة بطريقة صحيحة وصحية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
وماذا عن البشر؟