Nachdruck von Bridges, 2001 Vol 12(1):5 ISSEEM
Obwohl ein Mensch aus über fünfzig Billionen Zellen besteht, gibt es in unserem Körper keine physiologischen Funktionen, die nicht schon in der Biologie einer einzelnen, kernhaltigen (eukaryotischen) Zelle vorhanden waren. Einzellige Organismen wie die Amöbe oder das Paramecium besitzen unter anderem die zytologischen Entsprechungen eines Verdauungssystems, eines Ausscheidungssystems, eines Atmungssystems, eines Bewegungsapparates, eines Immunsystems, eines Fortpflanzungssystems und eines Herz-Kreislauf-Systems. Beim Menschen sind diese physiologischen Funktionen mit der Aktivität bestimmter Organe verbunden. Dieselben physiologischen Prozesse werden in Zellen von winzigen Organsystemen, den sogenannten Organellen, ausgeführt.
Das Zellleben wird aufrechterhalten, indem die Funktionen der physiologischen Systeme der Zelle streng reguliert werden. Der Ausdruck vorhersehbarer Verhaltensrepertoires impliziert die Existenz eines zellulären „Nervensystems“. Dieses System reagiert auf Umweltreize, indem es entsprechende Verhaltensreaktionen hervorruft. Die Organelle, die die Anpassungen und Reaktionen einer Zelle an ihre innere und äußere Umgebung koordiniert, würde das zytoplasmatische Äquivalent des „Gehirns“ darstellen.
Seit dem Aufbrechen des genetischen Codes in den frühen 1950er Jahren haben Zellbiologen das Konzept des genetischen Determinismus bevorzugt, die Vorstellung, dass Gene die Biologie „kontrollieren“. Praktisch alle Gene der Zelle sind in der größten Organelle der Zelle, dem Zellkern, enthalten. Nach konventioneller Meinung ist der Zellkern die „Kommandozentrale“ der Zelle. Als solcher würde der Zellkern das zelluläre Äquivalent des „Gehirns“ darstellen.
Der genetische Determinismus besagt, dass die Ausprägung und das Schicksal eines Organismus in erster Linie in seinem genetischen Code „vorbestimmt“ sind. Die genetische Grundlage des Organismusausdrucks ist in den biologischen Wissenschaften als einvernehmliche Wahrheit verwurzelt, ein Glaube, durch den wir unseren Bezug zu Gesundheit und Krankheit rahmen. Daher die Vorstellung, dass die Anfälligkeit für bestimmte Krankheiten oder der Ausdruck von abweichendem Verhalten im Allgemeinen mit der genetischen Abstammung und gelegentlich mit spontanen Mutationen verbunden ist. Im weiteren Sinne wird von einer Mehrheit der Wissenschaftler auch wahrgenommen, dass der menschliche Geist und das Bewusstsein in den Molekülen des Nervensystems „kodiert“ sind. Dies wiederum fördert das Konzept, dass die Entstehung des Bewusstseins den „Geist in der Maschine“ widerspiegelt.
Das Primat der DNA bei der Beeinflussung und Regulierung des biologischen Verhaltens und der Evolution beruht auf einer unbegründeten Annahme. Ein wegweisender Artikel von HF Nijhout (BioEssays 1990, 12 (9): 441-446) beschreibt, wie Konzepte in Bezug auf genetische „Kontrollen“ und „Programme“ ursprünglich als Metaphern konzipiert wurden, um Forschungswege zu definieren und zu lenken. Die weit verbreitete Wiederholung dieser zwingenden Hypothese über fünfzig Jahre hinweg hat dazu geführt, dass die „Metapher des Modells“ zur „Wahrheit des Mechanismus“ geworden ist, obwohl es keine stichhaltigen Belege gibt. Da die Annahme das genetische Programm als „oberste Sprosse“ auf der biologischen Kontrollleiter hervorhebt, haben Gene den Status von kausalen Agenten bei der Hervorrufung biologischer Expression und Verhaltensweisen erlangt (zB Gene, die Krebs, Alkoholismus, sogar Kriminalität verursachen).
Die Vorstellung, dass der Zellkern und seine Gene das „Gehirn“ der Zelle sind, ist eine unhaltbare und unlogische Hypothese. Wenn einem Tier das Gehirn entnommen wird, würde eine Störung der physiologischen Integration sofort zum Tod des Organismus führen. Wenn der Zellkern wirklich das Gehirn der Zelle repräsentiert, dann würde die Entfernung des Zellkerns zur Einstellung der Zellfunktionen und zum sofortigen Zelltod führen. Experimentell entkernte Zellen können jedoch zwei oder mehr Monate ohne Gene überleben und sind dennoch in der Lage, komplexe Antworten auf Umwelt- und zytoplasmatische Stimuli zu bewirken (Lipton et al., Differentiation 1991, 46: 117-133). Die Logik zeigt, dass der Zellkern nicht das Gehirn der Zelle sein kann!
Studien an geklonten menschlichen Zellen führten mich zu der Erkenntnis, dass das Plasmalemma der Zelle, allgemein als Zellmembran bezeichnet, das „Gehirn“ der Zelle darstellt. Zellmembranen, die ersten biologischen Organellen, die in der Evolution auftauchten, sind die einzigen Organellen, die jedem lebenden Organismus gemeinsam sind. Zellmembranen unterteilen das Zytoplasma und trennen es von den Launen der äußeren Umgebung. In ihrer Barrierefähigkeit ermöglicht die Membran der Zelle, eine strenge „Kontrolle“ über die zytoplasmatische Umgebung zu behalten, eine Notwendigkeit für die Durchführung biologischer Reaktionen. Zellmembranen sind so dünn, dass sie nur mit dem Elektronenmikroskop beobachtet werden können. Folglich wurde die Existenz und universelle Ausprägung der Membranstruktur erst um 1950 eindeutig festgestellt.
In elektronenmikroskopischen Aufnahmen erscheint die Zellmembran als verschwindend dünne (<10 nm), dreischichtige (schwarz-weiß-schwarz) „Haut“, die die Zelle umhüllt. Die grundsätzliche strukturelle Einfachheit der Zellmembran, die für alle biologischen Organismen identisch ist, hat Zellbiologen betört. In den letzten fünfzig Jahren wurde die Membran als „passive“, semipermeable Barriere wahrgenommen, die einer atmungsaktiven „Plastikhülle“ ähnelte, deren Funktion lediglich darin bestand, das Zytoplasma einzuschließen.
Das geschichtete Aussehen der Membran spiegelt die Organisation ihrer Phospholipid-Bausteine wider. Diese lutscherförmigen Moleküle sind amphipathisch, sie besitzen sowohl einen kugelförmigen polaren Phosphatkopf (Abbildung A) als auch zwei stabförmige unpolare Beine (Abbildung B). Beim Schütteln in Lösung lagern sich die Phospholipide zu einer stabilisierenden kristallinen Doppelschicht zusammen (Abbildung C).
Die Lipidschenkel, die den Kern der Membran bilden, bilden eine hydrophobe Barriere (Abbildung D), die das Zytoplasma von der sich ständig ändernden äußeren Umgebung abtrennt. Während die zytoplasmatische Integrität durch die passive Barrierefunktion des Lipids aufrechterhalten wird, erfordern Lebensprozesse den aktiven Austausch von Metaboliten und Informationen zwischen dem Zytoplasma und der Umgebung. Die physiologischen Aktivitäten des Plasmalemmas werden durch die Proteine der Membran vermittelt.
Jedes der rund 100,000 verschiedenen Proteine, die den menschlichen Körper zur Verfügung stellen, besteht aus einer linearen Kette verknüpfter Aminosäuren. Die „Ketten“ werden aus einer Population von zwanzig verschiedenen Aminosäuren zusammengesetzt. Die einzigartige Struktur und Funktion jedes Proteins wird durch die spezifische Sequenz von Aminosäuren definiert, aus denen seine Kette besteht. Als lineare Kette synthetisiert, falten sich die Aminosäureketten anschließend zu einzigartigen dreidimensionalen Kügelchen. Die endgültige Konformation (Form) des Proteins spiegelt ein Gleichgewicht der elektrischen Ladungen zwischen seinen konstituierenden Aminosäuren wider.
Die dreidimensionale Morphologie gefalteter Proteine verleiht ihren Oberflächen spezifisch geformte Spalten und Taschen. Moleküle und Ionen, die komplementäre physikalische Formen und elektrische Ladungen besitzen, binden mit der Spezifität eines Schlosses und Schlüssels an die Oberflächenspalten und -taschen eines Proteins. Die Bindung eines anderen Moleküls verändert die elektrische Ladungsverteilung des Proteins. Als Reaktion darauf faltet sich die Aminosäurekette des Proteins spontan um, um die Ladungsverteilung auszugleichen. Die Rückfaltung verändert die Konformation des Proteins. Beim Wechsel von einer Konformation zur nächsten drückt das Protein Bewegung aus. Konformationsbewegungen von Proteinen werden von der Zelle genutzt, um physiologische Funktionen auszuführen. Die durch die Proteinbewegung erzeugte Arbeit ist für das „Leben“ verantwortlich.
Einige der zwanzig Aminosäuren, aus denen die Proteinkette besteht, sind unpolar (hydrophob, ölliebend). Die hydrophoben Proteinanteile suchen nach Stabilität, indem sie sich selbst in den Lipidkern der Membran einfügen. Die polaren (wasserliebenden) Teile dieser Proteine erstrecken sich von einer oder beiden wasserbedeckten Oberflächen der Membran. In die Membran eingebaute Proteine werden als integrale Membranproteine (IMPs) bezeichnet.
Membran-IMPs können funktionell in zwei Klassen unterteilt werden: Rezeptoren und Effektoren. Rezeptoren sind Eingabegeräte, die auf Umgebungssignale reagieren. Effektoren sind Ausgabegeräte, die zelluläre Prozesse aktivieren. Eine Familie von Prozessorproteinen, die sich im Zytoplasma unterhalb der Membran befinden, dient dazu, signalempfangende Rezeptoren mit wirkungserzeugenden Effektoren zu verbinden.
Rezeptoren sind molekulare „Antennen“, die Umweltsignale erkennen. Einige Rezeptorantennen erstrecken sich von der zytoplasmatischen Seite der Membran nach innen. Diese Rezeptoren „lesen“ das innere Milieu und geben ein Bewusstsein für zytoplasmatische Zustände. Andere Rezeptoren, die sich von der äußeren Oberfläche der Zelle erstrecken, sorgen für die Wahrnehmung externer Umweltsignale.
Konventionelle biomedizinische Wissenschaften gehen davon aus, dass „Umweltinformationen“ nur durch die Substanz von Molekülen transportiert werden können (Science 1999, 284:79-109). Nach dieser Vorstellung erkennen Rezeptoren nur „Signale“, die ihre Oberflächenmerkmale physikalisch ergänzen. Dieser materialistische Glaube wird beibehalten, obwohl hinreichend nachgewiesen wurde, dass Proteinrezeptoren auf Schwingungsfrequenzen reagieren. Durch einen Prozess, der als elektrokonformative Kopplung bekannt ist (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14:89–92), können resonante Schwingungsenergiefelder das Ladungsgleichgewicht in einem Protein verändern. In einem harmonischen Energiefeld ändern Rezeptoren ihre Konformation. Folglich reagieren Membranrezeptoren sowohl auf physikalische als auch auf energetische Umweltinformationen.
Die „aktivierte“ Konformation eines Rezeptors informiert die Zelle über die Existenz eines Signals. Veränderungen in der Rezeptorkonformation sorgen für zelluläres „Bewusstsein“. In seiner "aktivierten" Konformation kann ein signalempfangender Rezeptor entweder an ein spezifisches funktionserzeugendes Effektorprotein oder an ein intermediäres Prozessorprotein binden. Rezeptorproteine kehren in ihre ursprüngliche „inaktive“ Konformation zurück und lösen sich von anderen Proteinen, wenn das Signal aufhört.
Die Familie der Effektorproteine stellt „Ausgabegeräte“ dar. Es gibt drei verschiedene Arten von Effektoren, Transportproteine, Enzyme und Zytoskelettproteine. Transporter, zu denen die umfangreiche Familie der Kanäle gehört, dienen dazu, Moleküle und Informationen von einer Seite der Membranbarriere zur anderen zu transportieren. Enzyme sind für die metabolische Synthese und den Abbau verantwortlich. Zytoskelettale Proteine regulieren die Form und Beweglichkeit von Zellen.
Effektorproteine besitzen im Allgemeinen zwei Konformationen: eine aktive Konfiguration, in der das Protein seine Funktion ausdrückt; und eine "ruhende" Konformation, in der das Protein inaktiv ist. Beispielsweise besitzt ein Kanalprotein in seiner aktiven Konformation eine offene Pore, durch die spezifische Ionen oder Moleküle die Membranbarriere passieren. Bei der Rückkehr in eine inaktive Konformation verengt die Proteinrückfaltung den leitenden Kanal und der Fluss von Ionen oder Molekülen hört auf.
Wenn wir alle Teile zusammenfügen, erhalten wir einen Einblick, wie das „Gehirn“ der Zelle Informationen verarbeitet und Verhalten hervorruft. Die unzähligen molekularen und strahlenden Energiesignale in der Umgebung einer Zelle erzeugen eine virtuelle Kakophonie von Informationen. Ähnlich einer biologischen Fourier-Transformation nehmen einzelne Oberflächenrezeptoren (Abb. H) die scheinbar chaotische Umgebung wahr und filtern bestimmte Frequenzen als Verhaltenssignale heraus. Der Empfang eines Resonanzsignals (Abb. I, Pfeil) induziert eine Konformationsänderung im zytoplasmatischen Teil des Rezeptors (Abb. I, Pfeilspitze). Diese Konformationsänderung ermöglicht es dem Rezeptor, mit einem spezifischen Effektor-IMP zu komplexieren (Fig. J, in diesem Fall ein Kanal-IMP). Die Bindung des Rezeptorproteins (Abb. K) führt wiederum zu einer Konformationsänderung im Effektorprotein (Abb. L, Kanal öffnet). Aktivierte Rezeptoren können Enzymwege aktivieren, strukturelle Reorganisation und Motilität induzieren oder den Transport einzigartig gepulster elektrischer Signale und Ionen durch die Membran aktivieren.
Prozessorproteine dienen als „Multiplex“-Geräte, da sie die Vielseitigkeit des Signalsystems erhöhen können. Solche Proteine verbinden Rezeptoren mit Effektorproteinen (P in Abbildung M). Durch „Programmieren“ der Prozessor-Protein-Kopplung können verschiedene Eingänge mit verschiedenen Ausgängen verknüpft werden. Prozessorproteine stellen ein großes Verhaltensrepertoire unter Verwendung einer begrenzten Anzahl von IMPs bereit.
Effektor-IMPs wandeln rezeptorvermittelte Umweltsignale in biologisches Verhalten um. Die Ausgabefunktion einiger Effektorproteine könnte das volle Ausmaß eines hervorgerufenen Verhaltens darstellen. In den meisten Fällen dient der Output von Effektor-IMPs jedoch tatsächlich als sekundäres „Signal“, das die Zelle durchdringt und das Verhalten anderer zytoplasmatischer Proteinwege aktiviert. Aktivierte Effektorproteine dienen auch als Transkriptionsfaktoren, Signale, die eine Genexpression auslösen.
Das Verhalten der Zelle wird durch die kombinierte Wirkung von gekoppelten Rezeptoren und Effektor-IMPs gesteuert. Rezeptoren sorgen für „Bewusstsein der Umwelt“ und Effektorproteine wandeln dieses Bewusstsein in „physische Empfindungen“ um. Ein Rezeptor-Effektor-Komplex stellt nach strenger Definition eine grundlegende Wahrnehmungseinheit dar. Protein-Wahrnehmungseinheiten bilden die Grundlage des biologischen Bewusstseins. Wahrnehmungen „kontrollieren“ das Zellverhalten, obwohl eine Zelle in Wahrheit durch Überzeugungen „kontrolliert“ wird, da Wahrnehmungen nicht unbedingt genau sein müssen.
Die Zellmembran ist ein organischer Informationsprozessor. Es nimmt die Umwelt wahr und wandelt dieses Bewusstsein in „Informationen“ um, die die Aktivität von Proteinwegen beeinflussen und die Expression der Gene kontrollieren können. Eine Beschreibung der Struktur und Funktion der Membran lautet wie folgt: (A) basierend auf der Organisation ihrer Phospholipidmoleküle ist die Membran ein Flüssigkristall; B) der regulierte Informationstransport über die hydrophobe Barriere durch IMP-Effektorproteine macht die Membran zu einem Halbleiter; und © die Membran ist mit IMPs ausgestattet, die als Gates (Rezeptoren) und Kanäle fungieren. Als Flüssigkristall-Halbleiter mit Gates und Kanälen ist die Membran ein informationsverarbeitender Transistor, ein organischer Computerchip.
Jeder Rezeptor-Effektor-Komplex repräsentiert ein biologisches BIT, eine einzelne Wahrnehmungseinheit. Obwohl diese Hypothese erstmals 1986 offiziell vorgestellt wurde (Lipton 1986, Planetary Assoc. for Clean Energy Newsletter 5:4), wurde das Konzept seitdem technisch verifiziert. Cornell und andere (Nature 1997, 387:580–584) verbanden eine Membran mit einem Goldfoliensubstrat. Durch die Kontrolle der Elektrolyte zwischen Membran und Folie konnten sie das Öffnen und Schließen von rezeptoraktivierten Kanälen digitalisieren. Die Zelle und ein Chip sind homologe Strukturen.
Die Zelle ist ein kohlenstoffbasierter „Computerchip“, der die Umgebung liest. Seine „Tastatur“ besteht aus Rezeptoren. Umweltinformationen werden über ihre Protein-„Schlüssel“ eingegeben. Die Daten werden durch Effektorproteine in biologisches Verhalten umgewandelt. Die IMP BITs dienen als Schalter, die Zellfunktionen und Genexpression regulieren. Der Kern stellt eine „Festplatte“ mit DNA-kodierter Software dar. Die jüngsten Fortschritte in der Molekularbiologie unterstreichen die Lese-/Schreibeigenschaften dieser Festplatte.
Interessanterweise wird die Dicke der Membran (ca. 7.5 nm) durch die Abmessungen der Phospholipiddoppelschicht festgelegt. Da Membran-IMPs einen Durchmesser von ungefähr 6-8 nm haben, können sie nur eine Monoschicht in der Membran bilden. IMP-Einheiten können nicht aufeinander gestapelt werden, das Hinzufügen weiterer Wahrnehmungseinheiten ist direkt mit einer Vergrößerung der Membranoberfläche verbunden. Nach diesem Verständnis würden Evolution, die Erweiterung des Bewusstseins (dh das Hinzufügen von mehr IMPs) am effektivsten unter Verwendung von fraktaler Geometrie modelliert. Die fraktale Natur der Biologie kann in den strukturellen und funktionellen Wiederholungen beobachtet werden, die zwischen der Hierarchie der Zelle, mehrzelligen Organismen (Mensch) und den Gemeinschaften mehrzelliger Organismen (menschliche Gesellschaft) beobachtet werden.
Diese neue Wahrnehmung von Zellkontrollmechanismen befreit uns von den Grenzen des genetischen Determinismus. Anstatt sich wie programmierte genetische Automaten zu verhalten, ist biologisches Verhalten dynamisch mit der Umwelt verbunden. Obwohl dieser reduktionistische Ansatz den Mechanismus der einzelnen Wahrnehmungsproteine hervorgehoben hat, unterstreicht ein Verständnis des Verarbeitungsmechanismus die ganzheitliche Natur biologischer Organismen. Der Ausdruck der Zelle spiegelt die Wahrnehmung aller wahrgenommenen Umweltreize wider, sowohl physisch als auch energetisch. Folglich liegt das „Herz der Energiemedizin“ wahrhaftig in der Magie der Membran.