생체시계는 빛이 없는 환경에서도 어떻게 하루 주기를 유지하나요?

Question

사람이 빛이 전혀 없는 동굴에서 지내도 대략 24시간 주기의 생체리듬을 유지한다고 배우는데, 외부 신호 없이도 몸이 이런 리듬을 만들어내는 원리가 궁금합니다.

Answer 1

말씀처럼 약 24시간의 생체리듬을 유지할 수 있는 것은 세포 내부에 독자적으로 작동하는 분자 시계가 존재하기 때문입니다.

실제 빛과 같은 외부 자극은 이 시계의 오차를 매일 수정해 주는 역할을 할 뿐, 시계 자체가 돌아가는 동력은 몸 내부의 음성 피드백 루프에서 나옵니다.

즉, 특정 유전자가 단백질을 만들고, 그 단백질이 자신을 억제하는 과정이 반복됩니다.

먼저 낮 동안 CLOCK/BMAL1 단백질이 PER/CRY 단백질을 대량으로 만들고, 밤이 되면 쌓인 PER/CRY 단백질이 핵으로 들어가 자신의 생성을 막습니다.

그리고 시간이 지나 쌓여 있던 단백질들이 효소에 의해 천천히 분해되어 사라지는데, 단백질이 사라지면 억제가 풀려 다시 처음부터 단백질을 만들어냅니다.

이 때 단백질이 분해되는 과정에 효소가 개입해 약 24시간이 걸리도록 조절하는 것입니다.

결국 먼저도 말씀드렸지만, 빛은 시계를 돌리는 동력이 아니라, 매일 24.2시간을 24시간으로 맞추는 리셋 버튼인 것이죠.

Answer 2

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

사람의 생체시계는 뇌의 시교차상핵(SCN)과 각세포의 시계 유전자가 스스로 약 24시간 주기의 리듬을 만들어 유지합니다. PER, CRY같은 단백질이 만들어졌다가 다시 자신의 생성을 억제하는 피드백 회로가 반복되면서 주기가 생깁니다. 그래서 빛이 없어도 리듬은 계속되지만 정확히 24시간은 아니어서 조금씩 밀릴 수 있습니다. 중요한 점은 빛이 생체시계를 만드는 것이 아니라 이미 있는 시계를 매일 24시간에 맞춰 재설정하는 신호라는 것입니다.