Genoptrykt fra Bridges, 2001 Vol 12 (1): 5 ISSEEM
Selvom et menneske består af over halvtreds billioner celler, er der ingen fysiologiske funktioner i vores kroppe, der ikke allerede var eksisterende i biologien i den enkelt, kerneholdige (eukaryote) celle. Enkeltcellede organismer, såsom amøbe eller paramecium, har blandt andet de cytologiske ækvivalenter i et fordøjelsessystem, et udskillelsessystem, et åndedrætssystem, et muskuloskeletalt system, et immunsystem, et reproduktionssystem og et kardiovaskulært system. Hos mennesker er disse fysiologiske funktioner forbundet med aktiviteten af specifikke organer. De samme fysiologiske processer udføres i celler af diminutive organsystemer kaldet organeller.
Cellulært liv opretholdes ved tæt regulering af funktionerne i cellens fysiologiske systemer. Ekspressionen af forudsigelige adfærdsmæssige repertoirer indebærer eksistensen af et cellulært "nervesystem". Dette system reagerer på miljømæssige stimuli ved at fremkalde passende adfærdsmæssige reaktioner. Organellen, der koordinerer tilpasning og reaktion af en celle til dens indre og eksterne miljøer, repræsenterer den cytoplasmiske ækvivalent af "hjernen".
Siden brydningen af den genetiske kode i begyndelsen af 1950'erne har cellebiologer foretrukket begrebet genetisk determinisme, forestillingen om at gener "styrer" biologi. Næsten alle cellens gener er indeholdt i cellens største organelle, kernen. Konventionel mening betragter kernen som "kommandocentret" i cellen. Som sådan ville kernen repræsentere den cellulære ækvivalent af "hjernen".
Genetisk determinisme udleder, at ekspression og skæbne for en organisme primært er "forudbestemt" i dens genetiske kode. Det genetiske grundlag for organismeekspression er forankret i de biologiske videnskaber som en samstemmende sandhed, en tro, hvormed vi rammer vores reference til sundhed og sygdom. Derfor er forestillingen om, at modtagelighed for visse sygdomme eller udtryk for afvigende adfærd generelt er knyttet til genetisk afstamning og til tider spontane mutationer. I forlængelse heraf opfattes det også af et flertal af forskere, at det menneskelige sind og bevidsthed er "kodet" i nervesystemets molekyler. Dette fremmer igen konceptet om, at bevidsthedens fremkomst afspejler ”spøgelsen i maskinen”.
Forrang ved DNA til at påvirke og regulere biologisk adfærd og evolution er baseret på en ubegrundet antagelse. En seminalartikel af HF Nijhout (BioEssays 1990, 12 (9): 441-446) beskriver, hvordan begreber vedrørende genetiske "kontroller" og "programmer" oprindeligt blev opfattet som metaforer til at hjælpe med at definere og dirigere forskningsveje. Udbredt gentagelse af denne overbevisende hypotese i løbet af halvtreds år har resulteret i, at "metaforen for modellen" er blevet "sandheden i mekanismen" på trods af fraværet af underbyggende dokumentation. Da antagelsen understreger det genetiske program som "toptrin" på den biologiske kontrolstige, har gener erhvervet status som kausale stoffer ved fremkaldelse af biologisk ekspression og adfærd (fx gener, der forårsager kræft, alkoholisme, endda kriminalitet).
Forestillingen om, at kernen og dens gener er "hjernen" i cellen, er en uholdbar og ulogisk hypotese. Hvis hjernen fjernes fra et dyr, ville afbrydelse af fysiologisk integration straks føre til organismenes død. Hvis kernen virkelig repræsenterede cellehjernen, ville fjernelse af kernen resultere i ophør af cellefunktioner og øjeblikkelig celledød. Eksperimentelt enukleare celler kan imidlertid overleve i to eller flere måneder uden gener og er alligevel i stand til at bevirke komplekse reaktioner på miljømæssige og cytoplasmiske stimuli (Lipton, et al., Differentiering 1991, 46: 117-133). Logik afslører, at kernen ikke kan være cellehjernen!
Undersøgelser af klonede humane celler førte mig til bevidstheden om, at cellens plasmalemma, ofte kaldet cellemembranen, repræsenterer cellens “hjerne”. Cellemembraner, den første biologiske organel, der vises i evolutionen, er den eneste organelle, der er fælles for enhver levende organisme. Cellemembraner rummer cytoplasmaet og adskiller det fra det svage i det ydre miljø. I sin barriereevne sætter membranen cellen i stand til at opretholde tæt "kontrol" over det cytoplasmatiske miljø, hvilket er en nødvendighed i udførelsen af biologiske reaktioner. Cellemembraner er så tynde, at de kun kan observeres ved hjælp af elektronmikroskopet. Derfor blev eksistensen og det universelle udtryk for membranstrukturen kun klart etableret omkring 1950.
I elektronmikrofotografier fremstår cellemembranen som en forsvindende tynd (<10 nm), trelags (sort-hvid-sort) "hud", der omslutter cellen. Den grundlæggende strukturelle enkelhed af cellemembranen, som er identisk for alle biologiske organismer, forførte cellebiologer. I det meste af de sidste halvtreds år blev membranen opfattet som en "passiv", semi-permeabel barriere, der lignede en åndbar "plastfolie", hvis funktion var at simpelthen indeholde cytoplasmaet.
Membranets lagdelte udseende afspejler organiseringen af dets phospholipid-byggesten. Disse slikkepindeformede molekyler er amfipatiske, de har både et kugleformet polært fosfathoved (figur A) og to stavlignende ikke-polære ben (figur B). Når de rystes i opløsning, samles phospholipiderne selv i et stabiliserende krystallinsk dobbeltlag (figur C).
Lipidbenene, der omfatter kernen af membranen, tilvejebringer en hydrofob barriere (figur D), der skiller cytoplasmaet fra det stadigt skiftende ydre miljø. Mens cytoplasmatisk integritet opretholdes af lipidets passive barrierefunktion, kræver livsprocesser den aktive udveksling af metabolitter og information mellem cytoplasmaet og det omgivende miljø. De fysiologiske aktiviteter i plasmalemmaet medieres af membranens proteiner.
Hver af de ca. 100,000 forskellige proteiner, der tilvejebringer det menneskelige legeme, består af en lineær kæde af sammenkædede aminosyrer. "Kæderne" er samlet fra en befolkning på tyve forskellige aminosyrer. Hvert proteins unikke struktur og funktion er defineret af den specifikke sekvens af aminosyrer, der omfatter dets kæde. Syntetiseret som en lineær streng folder aminosyrekæderne sig derefter i unikke tredimensionelle kugler. Den endelige konformation (form) af proteinet afspejler en balance mellem elektriske ladninger blandt dets sammensatte aminosyrer.
Den tredimensionelle morfologi af foldede proteiner giver deres overflader specielt formede spalter og lommer. Molekyler og ioner, der har komplementære fysiske former og elektriske ladninger, vil binde sig til et proteins overfladespalter og lommer med specificiteten af en lock-and-key. Binding af et andet molekyle ændrer proteinets elektriske ladningsfordeling. Som svar vil proteinets aminosyrekæde spontant genfoldes for at genbalancere ladningsfordelingen. Genfoldning ændrer proteinets konformation. Ved at skifte fra en konformation til den næste udtrykker proteinet bevægelse. Proteinkonformationsbevægelser udnyttes af cellen til at udføre fysiologiske funktioner. Arbejdet genereret af proteinbevægelse er ansvarlig for "livet".
Et antal af de tyve aminosyrer, der omfatter proteinkæden, er ikke-polære (hydrofobe, olieelskende). De hydrofobe dele af proteiner søger stabilitet ved at indsætte sig selv i membranens lipidkerne. De polære (vandelskende) dele af disse proteiner strækker sig fra den ene eller begge af membranens vanddækkede overflader. Proteiner inkorporeret i membranen kaldes integrerede membranproteiner (IMP'er).
Membran-IMP'er kan opdeles funktionelt i to klasser: receptorer og effektorer. Receptorer er inputenheder, der reagerer på miljøsignaler. Effektorer er outputenheder, der aktiverer cellulære processer. En familie af processorproteiner, der er placeret i cytoplasmaet under membranen, tjener til at forbinde signalmodtagende receptorer med handlingsproducerende effektorer.
Receptorer er molekylære "antenner", der genkender miljøsignaler. Nogle receptorantenner strækker sig indad fra membranens cytoplasmatiske ansigt. Disse receptorer "læser" det indre miljø og giver bevidsthed om cytoplasmatiske tilstande. Andre receptorer, der strækker sig fra cellens ydre overflade, giver opmærksomhed om eksterne miljøsignaler.
Konventionelle biomedicinske videnskaber hævder, at miljøoplysninger kun kan bæres af stoffet i molekyler (Science 1999, 284: 79-109). Ifølge denne opfattelse genkender receptorer kun "signaler", der fysisk supplerer deres overfladefunktioner. Denne materialistiske tro opretholdes, selvom det er godtgjort, at proteinreceptorer reagerer på vibrationsfrekvenser. Gennem en proces kendt som elektrokonformationskobling (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14: 89-92) kan resonante vibrationsenergifelter ændre ladningsbalancen i et protein. I et harmonisk energifelt vil receptorer ændre deres konformation. Derfor reagerer membranreceptorer på både fysisk og energisk miljøinformation.
En receptors “aktiverede” konformation informerer cellen om signalets eksistens. Ændringer i receptorkonformation giver cellulær ”bevidsthed”. I sin "aktiverede" konformation kan en signalmodtagende receptor binde til enten et specifikt funktionsproducerende effektorprotein eller til mellemliggende processorprotein. Receptorproteiner vender tilbage til deres oprindelige "inaktive" konformation og løsnes fra andre proteiner, når signalet ophører.
Familien af effektorproteiner repræsenterer "output" -enheder. Der er tre forskellige typer effektorer, transportproteiner, enzymer og cytoskeletale proteiner. Transportører, som inkluderer den omfattende familie af kanaler, tjener til at transportere molekyler og information fra den ene side af membranbarrieren til den anden. Enzymer er ansvarlige for metabolisk syntese og nedbrydning. Cytoskeletale proteiner regulerer cellernes form og bevægelighed.
Effektorproteiner har generelt to konformationer: en aktiv konfiguration, hvor proteinet udtrykker sin funktion; og en "hvilende" konformation, hvor proteinet er inaktivt. For eksempel har et kanalprotein i dets aktive konformation en åben pore, gennem hvilken specifikke ioner eller molekyler krydser membranbarrieren. Ved tilbagevenden til en inaktiv konformation begrænser proteinfoldning den ledende kanal, og strømmen af ioner eller molekyler ophører.
Når vi sætter alle brikkerne sammen, får vi indsigt i, hvordan cellens “hjerne” behandler information og fremkalder adfærd. De utallige molekylære og strålende energisignaler i en celles miljø skaber en virtuel kakofoni af information. På en måde, der ligner en biologisk Fourier-transformation, fornemmer individuelle overfladereceptorer (fig. H) det tilsyneladende kaotiske miljø og filtrerer specifikke frekvenser ud som adfærdssignaler. Modtagelse af et resonanssignal (fig. I, pil) inducerer en konformationsændring i den cytoplasmatiske del af receptoren (fig. I, pilespids). Denne konformationsændring gør det muligt for receptoren at kompleksbinde med en specifik effektor IMP (fig. J, i dette tilfælde en kanal IMP). Binding af receptorproteinet (fig. K) fremkalder igen en konformationsændring i effektorproteinet (fig. L, kanal åbner). Aktiverede receptorer kan tænde enzymveje, inducere strukturel reorganisering og bevægelighed eller aktivere transport af unikt pulserende elektriske signaler og ioner over membranen.
Processorproteiner tjener som “multiplex” -enheder, idet de kan øge signalsystemets alsidighed. Sådanne proteiner interagerer receptorer med effektorproteiner (P i figur M). Ved at "programmere" processor-proteinkobling kan en række indgange forbindes med en række output. Processorproteiner giver et stort adfærdsmæssigt repertoire ved hjælp af et begrænset antal IMP'er.
Effektor-IMP'er konverterer receptormedierede miljøsignaler til biologisk adfærd. Outputfunktionen for nogle effektorproteiner kan repræsentere det fulde omfang af en fremkaldt adfærd. I de fleste tilfælde tjener output fra IMP'er til effektorer faktisk som et sekundært “signal”, der trænger ind i cellen og aktiverer adfærd fra andre cytoplasmatiske proteinveje. Aktiverede effektorproteiner tjener også som transkriptionsfaktorer, signaler der fremkalder genekspression.
Cellens opførsel styres af de kombinerede handlinger af koblede receptorer og effektor-IMP'er. Receptorer giver "bevidsthed om miljøet", og effektorproteiner omdanner denne bevidsthed til "fysisk fornemmelse." Efter streng definition repræsenterer et receptor-effektor-kompleks en grundlæggende opfattelsesenhed. Proteinopfattelsesenheder danner grundlaget for biologisk bevidsthed. Opfattelser "styrer" celleopførsel, men i sandhed er en celle faktisk "kontrolleret" af overbevisninger, da opfattelser måske ikke nødvendigvis er nøjagtige.
Cellemembranen er en organisk informationsprocessor. Det registrerer miljøet og omdanner denne bevidsthed til "information", der kan påvirke aktiviteten af proteinveje og kontrollere ekspressionen af generne. En beskrivelse af membranens struktur og funktion lyder som følger: (A) baseret på organiseringen af dets phospholipidmolekyler, er membranen en flydende krystal; B) den regulerede transport af information over den hydrofobe barriere af IMP-effektorproteiner gør membranen til en halvleder; og © membranen er udstyret med IMP'er, der fungerer som porte (receptorer) og kanaler. Som en flydende krystal halvleder med porte og kanaler er membranen en informationsbehandlingstransistor, en organisk computerchip.
Hvert receptor-effektor-kompleks repræsenterer et biologisk BIT, en enkelt opfattelsesenhed. Skønt denne hypotese først blev formelt præsenteret i 1986 (Lipton 1986, Planetary Assoc. For Clean Energy Newsletter 5: 4), er konceptet siden blevet teknologisk verificeret. Cornell og andre (Nature 1997, 387: 580-584) forbandt en membran til et guldfoliesubstrat. Ved at kontrollere elektrolytterne mellem membranen og folien var de i stand til at digitalisere åbning og lukning af receptoraktiverede kanaler. Cellen og en chip er homologe strukturer.
Cellen er en kulstofbaseret "computerchip", der læser miljøet. Dens “tastatur” består af receptorer. Miljøoplysninger indtastes via dets protein “nøgler”. Dataene transduceres til biologisk adfærd af effektorproteiner. IMP BIT'erne fungerer som switches, der regulerer cellefunktioner og genekspression. Kernen repræsenterer en "harddisk" med DNA-kodet software. Nylige fremskridt inden for molekylærbiologi understreger læse / skrive karakteren af denne harddisk.
Interessant er, at tykkelsen af membranen (ca. 7.5 nm) er fastgjort af dimensioner af phospholipid dobbeltlaget. Da membran-IMP'er er ca. 6-8 nm i diameter, kan de kun danne et monolag i membranen. IMP-enheder kan ikke stables på hinanden, tilføjelsen af flere opfattelsesenheder er direkte forbundet med en stigning i membranoverfladearealet. Ved denne forståelse vil evolution, udvidelsen af bevidsthed (dvs. tilføjelsen af flere IMP'er) mest effektivt blive modelleret ved hjælp af fraktal geometri. Biologiens fraktale natur kan observeres i de strukturelle og funktionelle gentagelser observeret blandt cellehierarkiet, flercellede organismer (mennesket) og samfundene med flercellede organismer (det menneskelige samfund).
Denne nye opfattelse af cellekontrolmekanismer frigør os fra begrænsningerne ved genetisk determinisme. I stedet for at opføre sig som programmerede genetiske automater er biologisk adfærd dynamisk knyttet til miljøet. Selvom denne reduktionistiske tilgang har fremhævet mekanismen for de enkelte opfattelsesproteiner, understreger en forståelse af behandlingsmekanismen den holistiske natur af biologiske organismer. Ekspressionen af cellen afspejler genkendelsen af alle opfattede miljømæssige stimuli, både fysiske og energiske. Derfor kan “Heart of Energy Medicine” virkelig findes i membranens magi.