Jądro nadskrzyżowaniowe (SCN) jest parą struktur podwzgórza wielkości główki szpilki, części mózgu zlokalizowanej powyżej skrzyżowania nerwów wzrokowych. Kontroluje rytm dobowy, rytmiczne powtarzanie pewnych zjawisk każdego dnia o mniej więcej tej samej porze. Znany również jako zegar biologiczny, zawiera około 20,000 24 neuronów, które generują sygnały neuronalne i hormonalne, które regulują różne funkcje organizmu w około XNUMX-godzinnym cyklu. Niektóre sygnały generowane przez neurony jądra nadskrzyżowaniowego obejmują kwas gamma-aminomasłowy, wazopresynę, wazoaktywny peptyd jelitowy i somatostatynę. Różne funkcje organizmu zsynchronizowane z generowanymi sygnałami to cykl snu i czuwania, temperatura ciała, zmiany ciśnienia krwi, produkcja moczu i wydzielanie hormonów.
Rytmy dobowe mogą być porywane przez cykl światła i ciemności otoczenia. Gdy światło pochodzące z otoczenia dotrze do oczu, wyspecjalizowane światłoczułe komórki siatkówki zwane fotoreceptorami przekształcają światło w sygnały elektryczne, a następnie przekazują je do mózgu. Te sygnały, które wędrują wzdłuż drogi siatkówkowo-podwzgórzowej, powodują porywanie. Porywanie to przesunięcie fazy aktywności jądra nadskrzyżowaniowego tak, aby synchronizowała się z cyklem światła i ciemności środowiska o tej samej częstotliwości. W subiektywnej porze dnia w porywaniu biorą udział cykliczny monofosforan adenozyny i przysadkowy peptyd aktywujący cyklazę adenylową, podczas gdy w subiektywnej porze nocnej pośredniczą w nim cykliczny monofosforan guanozyny i acetylocholina.
Oprócz sygnałów świetlnych otoczenia, na jądro nadskrzyżowaniowe oddziałuje melatonina. Melatonina jest hormonem syntetyzowanym z neuroprzekaźnika serotoniny przez szyszynkę. Jest zarówno agentem, jak i regulatorem jądra nadskrzyżowaniowego. Jego synteza jest okołodobowa, w której jest hamowana przez światło i stymulowana przez ciemność. Gdy jej poziom wzrasta podczas ciemności w otoczeniu, melatonina wysyła do mózgu informację, że nadeszła noc, i odpowiednio wywoływane są funkcje organizmu.
Zidentyfikowano kilka genów regulujących rytm dobowy. Są to geny ponadczasowe, okresu, dclock i cyklu. Kontrolują ekspresję białek, prowadząc do złożonego wewnątrzkomórkowego systemu ujemnego sprzężenia zwrotnego. System ujemnego sprzężenia zwrotnego odpowiada za okresowość jądra nadskrzyżowaniowego.
Zmienność rytmu sygnalizacji neuronalnej i hormonalnej występuje sezonowo. Może odzwierciedlać wpływ zmienności długości, pływów, temperatury i nasłonecznienia światła dziennego. W jet lag zegar biologiczny jest zakłócony z powodu nagłej sztucznej zmiany czasu zegara z podróży do innej strefy czasowej, co skutkuje nagłą zmianą sygnałów neuronalnych i hormonalnych. Często potrzeba kilku dni, aby przywrócić normalne funkcjonowanie organizmu do normalnego 24-godzinnego cyklu.