Препечатано от Bridges, 2001 Vol 12 (1): 5 ISSEEM
Въпреки че човек се състои от над петдесет трилиона клетки, в нашите тела няма физиологични функции, които още не са съществували в биологията на единичната, ядрена (еукариотна) клетка. Едноклетъчните организми, като амеба или парамеций, притежават цитологичните еквиваленти на храносмилателната система, отделителната система, дихателната система, мускулно-скелетната система, имунната система, репродуктивната система и сърдечно-съдовата система, наред с други. При хората тези физиологични функции са свързани с дейността на определени органи. Същите тези физиологични процеси се извършват в клетките чрез умалителни органи, наречени органели.
Клетъчният живот се поддържа чрез строго регулиране на функциите на физиологичните системи на клетката. Изразът на предсказуеми поведенчески репертоари предполага съществуването на клетъчна „нервна система“. Тази система реагира на стимулите от околната среда, като предизвиква подходящи поведенчески реакции. Органелата, която координира корекциите и реакциите на клетката към нейната вътрешна и външна среда, би представлявала цитоплазмен еквивалент на „мозъка“.
От разбиването на генетичния код в началото на 1950-те години клетъчните биолози предпочитат концепцията за генетичен детерминизъм, идеята, че гените „контролират“ биологията. На практика всички гени на клетката се съдържат в най-голямата клетъчна органела - ядрото. Конвенционалното мнение счита ядрото за „команден център“ на клетката. Като такова ядрото би представлявало клетъчния еквивалент на „мозъка“.
Генетичният детерминизъм предполага, че експресията и съдбата на даден организъм са преди всичко „предопределени“ в неговия генетичен код. Генетичната основа на експресията на организма е вкоренена в биологичните науки като консенсусна истина, вяра, чрез която ние определяме референцията си за здраве и болести. Оттук и схващането, че податливостта към определени заболявания или изразяването на аберантно поведение обикновено е свързано с генетична линия и, понякога, спонтанни мутации. В допълнение, мнозинството учени също възприемат, че човешкият ум и съзнание са „кодирани“ в молекулите на нервната система. Това от своя страна насърчава концепцията, че появата на съзнанието отразява „призрака в машината“.
Приматът на ДНК при въздействие и регулиране на биологичното поведение и еволюция се основава на необосновано предположение. Основна статия на HF Nijhout (BioEssays 1990, 12 (9): 441-446) описва как концепциите относно генетичните „контроли“ и „програми“ първоначално са били замисляни като метафори, за да помогнат за определянето и насочването на пътищата на изследване. Широко повтарянето на тази убедителна хипотеза в продължение на петдесет години доведе до това, че „метафората на модела“ се превърна в „истината на механизма“, въпреки липсата на подкрепящи доказателства по същество. Тъй като предположението подчертава генетичната програма като „най-високото стъпало“ на стълбата на биологичния контрол, гените са придобили статут на причинители, предизвикващи биологична експресия и поведение (напр. Гени, причиняващи рак, алкохолизъм, дори престъпност).
Представата, че ядрото и неговите гени са „мозъкът“ на клетката, е несъстоятелна и нелогична хипотеза. Ако мозъкът бъде отстранен от животно, нарушаването на физиологичната интеграция веднага би довело до смъртта на организма. Ако ядрото наистина представляваше мозъка на клетката, тогава премахването на ядрото би довело до спиране на клетъчните функции и незабавна клетъчна смърт. Въпреки това, експериментално енуклеираните клетки могат да оцелеят в продължение на два или повече месеца без гени и въпреки това са способни да осъществяват сложни отговори на екологични и цитоплазматични стимули (Lipton, et al., Differentiation 1991, 46: 117-133). Логиката разкрива, че ядрото не може да бъде мозъкът на клетката!
Проучванията върху клонирани човешки клетки ме доведоха до осъзнаването, че плазмената клетка, обикновено наричана клетъчна мембрана, представлява „мозъка“ на клетката. Клетъчните мембрани, първата биологична органела, която се появява в еволюцията, са единствените органели, общи за всеки жив организъм. Клетъчните мембрани разделят цитоплазмата, отделяйки я от капризите на външната среда. В своя бариерен капацитет, мембраната позволява на клетката да поддържа строг „контрол“ върху цитоплазмената среда, необходимост за провеждане на биологични реакции. Клетъчните мембрани са толкова тънки, че могат да бъдат наблюдавани само с помощта на електронния микроскоп. Следователно, съществуването и универсалното изразяване на мембранната структура е ясно установено едва около 1950 г.
В електронните микрофотографии клетъчната мембрана изглежда като изчезващо тънка (<10nm), трислойна (черно-бяло-черна) „кожа“, обгръщаща клетката. Основната структурна простота на клетъчната мембрана, която е идентична за всички биологични организми, обърка клетъчните биолози. През по-голямата част от последните петдесет години мембраната се възприемаше като „пасивна“, полупропусклива бариера, наподобяваща дишаща „пластмасова обвивка“, чиято функция беше просто да съдържа цитоплазмата.
Слоестият външен вид на мембраната отразява организацията на нейните градивни фосфолипидни блокове. Тези молекули с форма на близалка са амфипатични, те притежават както кълбовидна полярна фосфатна глава (Фигура А), така и два пръчка, подобни на неполярни крака (Фигура Б). Когато се разклатят в разтвор, фосфолипидите се сглобяват в стабилизиращ кристален двуслой (Фигура С).
Липидните крака, съдържащи сърцевината на мембраната, осигуряват хидрофобна бариера (Фигура D), която разделя цитоплазмата от постоянно променящата се външна среда. Докато цитоплазмената цялост се поддържа от липидната пасивна бариерна функция, жизнените процеси изискват активен обмен на метаболити и информация между цитоплазмата и околната среда. Физиологичните дейности на плазмалемата се медиират от протеините на мембраната.
Всеки от приблизително 100,000 XNUMX различни протеини, осигуряващи човешкото тяло, се състои от линейна верига от свързани аминокиселини. „Веригите“ са събрани от популация от двадесет различни аминокиселини. Уникалната структура и функция на всеки протеин се определя от специфичната последователност от аминокиселини, съставляващи неговата верига. Синтезирани като линеен низ, аминокиселинните вериги впоследствие се сгъват в уникални триизмерни глобули. Крайната конформация (форма) на протеина отразява баланса на електрическите заряди сред съставните му аминокиселини.
Триизмерната морфология на сгънатите протеини надарява повърхностите им със специално оформени цепнатини и джобове. Молекули и йони, притежаващи взаимно допълващи се физически форми и електрически заряди, ще се свържат с повърхностните цепнатини и джобове на протеина със специфичността на ключалката. Свързването на друга молекула променя разпределението на електрическия заряд на протеина. В отговор на това аминокиселинната верига на протеина ще се повтори повторно, за да балансира разпределението на заряда. Повторното сгъване променя конформацията на протеина. При преминаване от една конформация към друга, протеинът изразява движение. Протеиновите конформационни движения се използват от клетката, за да изпълняват физиологични функции. Работата, генерирана от движението на протеини, е отговорна за „живота“.
Редица от двадесетте аминокиселини, съставляващи веригата на протеина, са неполярни (хидрофобни, маслолюбиви). Хидрофобните порции протеини търсят стабилност, като се вмъкват в липидната сърцевина на мембраната. Полярните (водолюбиви) части от тези протеини се простират от едната или от двете повърхности, покрити с вода на мембраната. Протеините, включени в мембраната, се наричат интегрални мембранни протеини (IMP).
Мембранните IMP могат да бъдат функционално подразделени на два класа: рецептори и ефектори. Рецепторите са входни устройства, които реагират на сигналите от околната среда. Ефекторите са изходни устройства, които активират клетъчните процеси. Семейство процесорни протеини, разположени в цитоплазмата под мембраната, служат за свързване на рецепторите, приемащи сигнала, с ефектори, продуциращи действие.
Рецепторите са молекулни „антени“, които разпознават околните сигнали. Някои рецепторни антени се простират навътре от цитоплазменото лице на мембраната. Тези рецептори „разчитат“ вътрешната среда и осигуряват осъзнаване на цитоплазмените състояния. Други рецептори, простиращи се от външната повърхност на клетката, осигуряват осъзнаване на външните сигнали от околната среда.
Конвенционалните биомедицински науки смятат, че „информацията“ за околната среда може да се носи само от веществото на молекулите (Science 1999, 284: 79-109). Според това понятие рецепторите разпознават само „сигнали“, които физически допълват повърхностните им характеристики. Това материалистично убеждение се поддържа, въпреки че е доказано в пълна степен, че протеиновите рецептори реагират на вибрационните честоти. Чрез процес, известен като електроконформационно свързване (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14: 89-92), резонансните вибрационни енергийни полета могат да променят баланса на зарядите в протеина. В хармонично енергийно поле рецепторите ще променят своята конформация. Следователно, мембранните рецептори реагират както на физическа, така и на енергийна информация за околната среда.
„Активираната“ конформация на рецептора информира клетката за съществуването на сигнал. Промените в рецепторната конформация осигуряват клетъчно „осъзнаване“. В своята „активирана“ конформация, приемащият сигнал рецептор може да се свърже или със специфична продуцираща функция ефектор протеин, или с междинен процесорен протеин. Рецепторните протеини се връщат към първоначалната си "неактивна" конформация и се откъсват от други протеини, когато сигналът престане.
Семейството ефекторни протеини представляват „изходни“ устройства. Има три различни вида ефектори, транспортни протеини, ензими и цитоскелетни протеини. Транспортерите, които включват голямото семейство канали, служат за транспортиране на молекули и информация от едната страна на мембранната бариера до другата. Ензимите са отговорни за метаболитния синтез и разграждане. Цитоскелетните протеини регулират формата и подвижността на клетките.
Ефекторните протеини обикновено имат две конформации: активна конфигурация, в която протеинът изразява своята функция; и „почиваща“ конформация, при която протеинът е неактивен. Например, канален протеин в своята активна конформация притежава отворена пора, през която специфични йони или молекули преминават през мембранната бариера. Връщайки се към неактивна конформация, повторното сгъване на протеини свива проводящия канал и потокът от йони или молекули спира.
Събирайки всички парчета, ние получаваме прозрение за това как „мозъкът“ на клетката обработва информацията и предизвиква поведение. Безбройните молекулярни и лъчисти енергийни сигнали в клетъчната среда създават виртуална какофония на информацията. По начин, наподобяващ биологично преобразуване на Фурие, отделни повърхностни рецептори (фиг. З) усещат очевидно хаотичната среда и филтрират специфични честоти като поведенчески сигнали. Получаването на резонансен сигнал (фиг. I, стрелка) предизвиква конформационна промяна в цитоплазмената част на рецептора (фиг. I, стрелка). Тази конформационна промяна позволява на рецептора да се комплексира със специфичен ефектор IMP (фиг. J, в този случай канал IMP). Свързването на рецепторния протеин (фиг. К) от своя страна предизвиква конформационна промяна в ефекторния протеин (фиг. L, канал се отваря). Активираните рецептори могат да включат ензимните пътища, да предизвикат структурна реорганизация и подвижност или да активират транспорта на уникално импулсни електрически сигнали и йони през мембраната.
Процесорните протеини служат като „мултиплекс“ устройства, тъй като те могат да увеличат гъвкавостта на сигналната система. Такива протеини свързват рецепторите с ефекторни протеини (Р на фигура М). Чрез „програмиране“ на свързването на протеини на процесора, различни входове могат да бъдат свързани с различни изходи. Процесорните протеини осигуряват голям поведенчески репертоар, използвайки ограничен брой IMP.
Effector IMP преобразуват медиираните от рецептора сигнали на околната среда в биологично поведение. Изходната функция на някои ефекторни протеини може да представлява пълната степен на предизвикано поведение. Въпреки това, в повечето случаи изходът на ефекторни IMP всъщност служи като вторичен „сигнал“, който прониква в клетката и активира поведението на други цитоплазмени протеинови пътища. Активираните ефекторни протеини също служат като транскрипционни фактори, сигнали, които предизвикват генна експресия.
Поведението на клетката се контролира от комбинираните действия на свързани рецептори и ефекторни IMP. Рецепторите осигуряват „осъзнаване на околната среда“, а ефекторните протеини превръщат това осъзнаване във „физическо усещане“. По строго определение рецепторно-ефекторният комплекс представлява основна единица на възприятие. Единиците за възприемане на протеини осигуряват основата на биологичното съзнание. Възприятията „контролират“ поведението на клетката, макар че в действителност клетката всъщност се „контролира“ от вярвания, тъй като възприятията може да не са непременно точни.
Клетъчната мембрана е органичен процесор на информация. Той усеща околната среда и превръща това осъзнаване в „информация“, която може да повлияе на активността на протеиновите пътища и да контролира експресията на гените. Описанието на структурата и функцията на мембраната гласи, както следва: (А) въз основа на организацията на нейните фосфолипидни молекули, мембраната е течен кристал; Б) регулираният транспорт на информация през хидрофобната бариера от IMP ефекторни протеини прави мембраната полупроводник; и © мембраната е снабдена с IMP, които функционират като порти (рецептори) и канали. Като полупроводник с течни кристали с порти и канали, мембраната е транзистор за обработка на информация, органичен компютърен чип.
Всеки рецепторно-ефекторен комплекс представлява биологичен BIT, единична единица на възприятие. Въпреки че тази хипотеза беше представена за първи път официално през 1986 г. (Lipton 1986, Planetary Assoc. For Clean Energy Newsletter 5: 4), оттогава концепцията е технологично проверена. Корнел и други (Nature 1997, 387: 580-584), свързват мембрана със субстрат от златно фолио. Чрез контролиране на електролитите между мембраната и фолиото те успяха да цифровизират отварянето и затварянето на активираните от рецептора канали. Клетката и чипът са хомоложни структури.
Клетката представлява „компютърен чип“ на базата на въглерод, който отчита околната среда. Нейната „клавиатура“ се състои от рецептори. Информацията за околната среда се въвежда чрез неговите протеинови „ключове“. Данните се преобразуват в биологично поведение от ефекторни протеини. IMP BITs служат като превключватели, които регулират клетъчните функции и генната експресия. Ядрото представлява „твърд диск” с ДНК-кодиран софтуер. Последните постижения в молекулярната биология подчертават естеството на четене / запис на този твърд диск.
Интересното е, че дебелината на мембраната (около 7.5 nm) се определя от размерите на фосфолипидния бислой. Тъй като мембранните IMP са с диаметър приблизително 6-8 nm, те могат само да образуват монослой в мембраната. IMP единиците не могат да се натрупват един върху друг, добавянето на повече възприемащи единици е пряко свързано с увеличаване на повърхността на мембраната. Чрез това разбиране еволюцията, разширяването на осъзнаването (т.е. добавянето на повече IMP) биха били най-ефективно моделирани с помощта на фрактална геометрия. Фракталната природа на биологията може да се наблюдава в структурните и функционални повторения, наблюдавани сред йерархията на клетката, многоклетъчните организми (човек) и общностите на многоклетъчните организми (човешкото общество).
Това ново възприятие за механизмите за контрол на клетките ни освобождава от ограниченията на генетичния детерминизъм. Вместо да се държи като програмирани генетични автомати, биологичното поведение е динамично свързано с околната среда. Въпреки че този редукционистичен подход подчертава механизма на индивидуалните възприемащи протеини, разбирането на механизма за обработка подчертава цялостната природа на биологичните организми. Експресията на клетката отразява разпознаването на всички възприемани стимули на околната среда, както физически, така и енергийни. Следователно „Сърцето на енергийната медицина“ наистина може да бъде намерено в магията на мембраната.