Nukleus suprachiasmatic (SCN) adalah sepasang struktur seukuran kepala peniti dari hipotalamus, bagian otak yang terletak di atas kiasma optik, wilayah di mana saraf optik bersilangan. Ini mengontrol ritme sirkadian, pengulangan berirama dari fenomena tertentu pada waktu yang hampir sama setiap hari. Juga dikenal sebagai jam biologis, ini berisi sekitar 20,000 neuron yang menghasilkan sinyal saraf dan hormonal yang mengatur berbagai fungsi tubuh dalam siklus sekitar 24 jam. Beberapa sinyal yang dihasilkan oleh neuron nukleus suprachiasmatic termasuk asam gamma-aminobutirat, vasopresin, peptida usus vasoaktif, dan somatostatin. Berbagai fungsi tubuh yang disinkronkan dengan sinyal yang dihasilkan adalah siklus tidur-bangun, suhu tubuh, perubahan tekanan darah, produksi urin, dan sekresi hormon.
Ritme sirkadian dapat dipengaruhi oleh siklus terang dan gelap lingkungan. Begitu cahaya yang datang dari lingkungan mencapai mata, sel retina peka cahaya khusus yang dikenal sebagai fotoreseptor mengubah cahaya menjadi sinyal listrik kemudian mengirimkannya ke otak. Sinyal-sinyal ini yang berjalan di sepanjang saluran retinohypothalamic menghasilkan entrainment. Entrainment adalah pergeseran fase aktivitas nukleus suprachiasmatic sehingga sinkron dengan siklus terang dan gelap lingkungan dengan frekuensi yang sama. Selama siang hari subjektif, entrainment dimediasi oleh siklik adenosin monofosfat dan peptida pengaktif adenil siklase hipofisis, sedangkan selama malam hari subjektif, dimediasi oleh siklik guanosin monofosfat dan asetilkolin.
Selain sinyal cahaya lingkungan, nukleus suprachiasmatic dipengaruhi oleh melatonin. Melatonin adalah hormon yang disintesis dari neurotransmitter serotonin oleh kelenjar pineal. Ini adalah agen dan pengatur nukleus suprachiasmatic. Sintesisnya adalah sirkadian, di mana ia dihambat oleh cahaya dan dirangsang oleh kegelapan. Saat levelnya meningkat selama kegelapan lingkungan, melatonin mengirimkan informasi ke otak bahwa waktu malam telah tiba, dan fungsi tubuh yang sesuai akan dibangkitkan.
Beberapa gen telah diidentifikasi yang mengatur ritme sirkadian. Ini adalah gen abadi, periode, dclock, dan siklus. Mereka mengontrol ekspresi protein, yang mengarah ke sistem umpan balik negatif intraseluler yang kompleks. Sistem umpan balik negatif menjelaskan periodisitas nukleus suprachiasmatic.
Variasi dalam ritme pensinyalan neuronal dan hormonal terjadi secara musiman. Ini mungkin mencerminkan pengaruh variasi panjang, pasang surut, suhu, dan sinar matahari siang hari. Dalam jet lag, jam biologis terganggu karena perubahan artifisial yang tiba-tiba dalam waktu jam dari perjalanan ke zona waktu yang berbeda, yang mengakibatkan pergeseran tiba-tiba sinyal saraf dan hormonal. Seringkali, dibutuhkan beberapa hari untuk mengembalikan fungsi tubuh ke siklus normal 24 jam.