An der zeitlichen Steuerung der biologischen Uhr sind drei Proteine beteiligt, welche die Konzentration eines vierten Proteins mit dem Namen per – von Periode – im Tagesverlauf unabhängig von der Helligkeit regulieren. In den frühen Morgenstunden ist am wenigsten per vorhanden. Clock und Bmal, zwei andere Proteine, regen die Produktion von per an. In den folgenden zwölf Stunden steigt dessen Konzentration kontinuierlich an, bis ein bestimmtes Niveau erreicht ist, bei dem es zu einer negativen Rückkopplung kommt: Per und das vierte Protein namens timeless hemmen die aktivierende Wirkung von Clock und Bmal. Daraufhin sinkt die Konzentration an per in den folgenden zwölf Stunden wieder ab. Ab einem gewissen Schwellenwert wird die Hemmung wieder aufgehoben, und der Zyklus beginnt von vorn. Wie die biologische Uhr funktioniert, wurde vor allem an Taufliegen herausgefunden. Tiere, deren Genom so manipuliert wurde, daß ihnen eines der Proteine fehlt, zeigen keinen 24-Stunden-Rhythmus. Wenn die Geschwindigkeit, mit der die per-Konzentrationen steigt und fällt, verändert wird, verlängert oder verkürzt sich bei den Fliegen auch die Tag-Nacht-Aktivität.

Im Prinzip funktionieren die biologischen Uhren von Säugetieren wie die der Taufliegen. Es gibt jedoch einen entscheidenden Unterschied: Bei den Säugetieren arbeiten per und timeless nicht zusammen, und per allein kann die beiden anderen Proteine nicht hemmen. Es mußte also noch ein weiteres Molekül geben, daß in den Zyklus eingreift.

Steve Reppert und seine Kollegen vom Massachusetts General Hospital berichten in Cell vom 23. Juli 1999, daß sie das Schlüsselmolekül gefunden haben, welches zusammen mit per die Proteine Clock und Bmal hemmt. Es ist überraschenderweise ein Cryptochrom, ein lichtempfindliches Protein. Bei Pflanzen und Fliegen sind Cryptochrome die Sensoren, mit denen die biologische Uhr nach dem Licht gestellt wird. Um so erstaunlicher ist es, daß dieses Molekül bei Säugetieren einen lichtunabhängigen Rhythmus steuert. Wie bei normalen Uhren läuft die biologische Uhr mit einem inneren Uhrwerk, das aber mit einem Rädchen gestellt werden kann. Die Erkenntnis, daß dieses Protein bei Pflanzen und Fliegen das Rädchen, bei Säugetieren dagegen Teil des inneren Uhrwerks ist, war ein unerwartetes Ergebnis.

Siehe auch

• Spektrum Ticker vom 2.12.1997
  "Die innere Uhr tickt nicht nur im Kopf"
  
• Spektrum Ticker vom 25.6.1999
  "Sonnenlicht macht alte Menschen munter"
  (nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
  
• Spektrum Ticker vom 26.5.1998
  "Wer stellt eigentlich die Uhr?"
  (nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
  
• Spektrum der Wissenschaft 7/97, Seite 58
  "Das Pinealorgan und sein Hormon Melatonin"
  (nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)