Reimpreso de Bridges, 2001 Vol 12 (1): 5 ISSEEM
Aunque un ser humano está compuesto por más de cincuenta billones de células, no hay funciones fisiológicas en nuestro cuerpo que no existieran previamente en la biología de la célula única nucleada (eucariota). Los organismos unicelulares, como la ameba o el paramecio, poseen los equivalentes citológicos de un sistema digestivo, un sistema excretor, un sistema respiratorio, un sistema musculoesquelético, un sistema inmunológico, un sistema reproductivo y un sistema cardiovascular, entre otros. En los seres humanos, estas funciones fisiológicas están asociadas con la actividad de órganos específicos. Estos mismos procesos fisiológicos se llevan a cabo en las células mediante sistemas de órganos diminutos llamados orgánulos.
La vida celular se mantiene regulando estrictamente las funciones de los sistemas fisiológicos de la célula. La expresión de repertorios conductuales predecibles implica la existencia de un "sistema nervioso" celular. Este sistema reacciona a los estímulos ambientales provocando respuestas conductuales apropiadas. El orgánulo que coordina los ajustes y reacciones de una célula a sus entornos internos y externos representaría el equivalente citoplasmático del "cerebro".
Desde la ruptura del código genético a principios de la década de 1950, los biólogos celulares han favorecido el concepto de determinismo genético, la noción de que los genes "controlan" la biología. Prácticamente todos los genes de la célula están contenidos dentro del orgánulo más grande de la célula, el núcleo. La opinión convencional considera que el núcleo es el "centro de mando" de la célula. Como tal, el núcleo representaría el equivalente celular del "cerebro".
El determinismo genético infiere que la expresión y el destino de un organismo están principalmente "predeterminados" en su código genético. La base genética de la expresión de los organismos está arraigada en las ciencias biológicas como una verdad consensuada, una creencia mediante la cual enmarcamos nuestra referencia para la salud y la enfermedad. De ahí la noción de que la susceptibilidad a determinadas enfermedades o la expresión de comportamientos aberrantes está generalmente ligada al linaje genético y, en ocasiones, a mutaciones espontáneas. Por extensión, la mayoría de los científicos también percibe que la mente y la conciencia humanas están "codificadas" en las moléculas del sistema nervioso. Esto, a su vez, promueve el concepto de que el surgimiento de la conciencia refleja el "fantasma en la máquina".
La primacía del ADN para influir y regular el comportamiento biológico y la evolución se basa en una suposición infundada. Un artículo fundamental de HF Nijhout (BioEssays 1990, 12 (9): 441-446) describe cómo los conceptos relacionados con los "controles" y "programas" genéticos se concibieron originalmente como metáforas para ayudar a definir y dirigir las vías de investigación. La repetición generalizada de esta convincente hipótesis durante cincuenta años ha resultado en que la “metáfora del modelo” se convierta en la “verdad del mecanismo”, a pesar de la ausencia de evidencia de apoyo sustancial. Dado que la suposición enfatiza el programa genético como el "peldaño superior" en la escalera del control biológico, los genes han adquirido el estatus de agentes causales para provocar expresión y comportamiento biológicos (por ejemplo, genes que causan cáncer, alcoholismo, incluso criminalidad).
La noción de que el núcleo y sus genes son el "cerebro" de la célula es una hipótesis insostenible e ilógica. Si se extrae el cerebro de un animal, la interrupción de la integración fisiológica conduciría inmediatamente a la muerte del organismo. Si el núcleo realmente representara el cerebro de la célula, entonces la remoción del núcleo resultaría en el cese de las funciones celulares y la muerte celular inmediata. Sin embargo, las células enucleadas experimentalmente pueden sobrevivir durante dos o más meses sin genes y, sin embargo, son capaces de efectuar respuestas complejas a estímulos ambientales y citoplasmáticos (Lipton, et al., Differentiation 1991, 46: 117-133). ¡La lógica revela que el núcleo no puede ser el cerebro de la célula!
Los estudios sobre células humanas clonadas me llevaron a la conciencia de que el plasmalema de la célula, comúnmente conocido como la membrana celular, representa el "cerebro" de la célula. Las membranas celulares, el primer orgánulo biológico que aparece en la evolución, son el único orgánulo común a todos los organismos vivos. Las membranas celulares compartimentan el citoplasma, separándolo de los caprichos del entorno externo. En su capacidad de barrera, la membrana permite a la célula mantener un estricto "control" sobre el entorno citoplasmático, una necesidad para llevar a cabo reacciones biológicas. Las membranas celulares son tan delgadas que solo se pueden observar con el microscopio electrónico. En consecuencia, la existencia y expresión universal de la estructura de la membrana solo se estableció claramente alrededor de 1950.
En las micrografías electrónicas, la membrana celular aparece como una “piel” de tres capas (negro-blanco-negro) extremadamente delgada (<10 nm) que envuelve la célula. La fundamental simplicidad estructural de la membrana celular, que es idéntica para todos los organismos biológicos, sedujo a los biólogos celulares. Durante la mayor parte de los últimos cincuenta años, la membrana se percibió como una barrera "pasiva" semipermeable, que se asemeja a una "envoltura de plástico" transpirable, cuya función era simplemente contener el citoplasma.
La apariencia en capas de la membrana refleja la organización de sus bloques de construcción de fosfolípidos. Estas moléculas en forma de piruleta son anfipáticas, poseen una cabeza de fosfato polar globular (Figura A) y dos patas no polares en forma de barra (Figura B). Cuando se agita en solución, los fosfolípidos se autoensamblan en una bicapa cristalina estabilizadora (Figura C).
Las patas lipídicas que comprenden el núcleo de la membrana proporcionan una barrera hidrófoba (Figura D) que divide el citoplasma del entorno externo en constante cambio. Si bien la integridad citoplasmática se mantiene mediante la función de barrera pasiva de los lípidos, los procesos vitales necesitan el intercambio activo de metabolitos e información entre el citoplasma y el entorno circundante. Las actividades fisiológicas del plasmalema están mediadas por las proteínas de la membrana.
Cada una de las aproximadamente 100,000 proteínas diferentes que proporciona el cuerpo humano se compone de una cadena lineal de aminoácidos enlazados. Las "cadenas" se ensamblan a partir de una población de veinte aminoácidos diferentes. La estructura y función únicas de cada proteína está definida por la secuencia específica de aminoácidos que comprende su cadena. Sintetizadas como una cadena lineal, las cadenas de aminoácidos se pliegan posteriormente en glóbulos tridimensionales únicos. La conformación (forma) final de la proteína refleja un equilibrio de cargas eléctricas entre sus aminoácidos constituyentes.
La morfología tridimensional de las proteínas plegadas dota a sus superficies de hendiduras y bolsas de forma específica. Las moléculas e iones que poseen formas físicas complementarias y cargas eléctricas se unirán a las hendiduras y bolsillos de la superficie de una proteína con la especificidad de un candado y llave. La unión de otra molécula altera la distribución de la carga eléctrica de la proteína. En respuesta, la cadena de aminoácidos de la proteína se replegará espontáneamente para reequilibrar la distribución de carga. El replegamiento cambia la conformación de la proteína. Al pasar de una conformación a la siguiente, la proteína expresa movimiento. Los movimientos conformacionales de las proteínas son aprovechados por la célula para llevar a cabo funciones fisiológicas. El trabajo generado por el movimiento de las proteínas es responsable de la "vida".
Varios de los veinte aminoácidos que componen la cadena de la proteína son apolares (hidrófobos, amantes del aceite). Las porciones hidrófobas de las proteínas buscan estabilidad insertándose en el núcleo lipídico de la membrana. Las porciones polares (amantes del agua) de estas proteínas se extienden desde una o ambas superficies cubiertas de agua de la membrana. Las proteínas incorporadas dentro de la membrana se denominan proteínas integrales de membrana (IMP).
Los IMP de membrana se pueden subdividir funcionalmente en dos clases: receptores y efectores. Los receptores son dispositivos de entrada que responden a señales ambientales. Los efectores son dispositivos de salida que activan procesos celulares. Una familia de proteínas procesadoras, ubicadas en el citoplasma debajo de la membrana, sirven para vincular los receptores receptores de señales con los efectores productores de acción.
Los receptores son "antenas" moleculares que reconocen las señales ambientales. Algunas antenas receptoras se extienden hacia adentro desde la cara citoplásmica de la membrana. Estos receptores "leen" el medio interno y proporcionan conciencia de las condiciones citoplasmáticas. Otros receptores que se extienden desde la superficie exterior de la célula proporcionan conciencia de las señales ambientales externas.
Las ciencias biomédicas convencionales sostienen que la "información" ambiental sólo puede ser transportada por la sustancia de las moléculas (Science 1999, 284: 79-109). Según esta noción, los receptores solo reconocen "señales" que complementan físicamente sus características superficiales. Esta creencia materialista se mantiene a pesar de que se ha demostrado ampliamente que los receptores de proteínas responden a frecuencias vibratorias. A través de un proceso conocido como acoplamiento electroconformacional (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14: 89-92), los campos de energía vibratoria resonante pueden alterar el equilibrio de cargas en una proteína. En un campo de energía armónica, los receptores cambiarán su conformación. En consecuencia, los receptores de membrana responden a la información ambiental tanto física como energética.
La conformación "activada" de un receptor informa a la célula de la existencia de una señal. Los cambios en la conformación del receptor proporcionan "conciencia" celular. En su conformación "activada", un receptor receptor de señales puede unirse a una proteína efectora productora de funciones específicas oa una proteína procesadora intermediaria. Las proteínas receptoras regresan a su conformación "inactiva" original y se separan de otras proteínas cuando cesa la señal.
La familia de proteínas efectoras representa dispositivos de "salida". Hay tres tipos diferentes de efectores, proteínas de transporte, enzimas y proteínas citoesqueléticas. Los transportadores, que incluyen la extensa familia de canales, sirven para transportar moléculas e información de un lado de la barrera de la membrana al otro. Las enzimas son responsables de la síntesis y degradación metabólicas. Las proteínas del citoesqueleto regulan la forma y la motilidad de las células.
Las proteínas efectoras generalmente poseen dos conformaciones: una configuración activa en la que la proteína expresa su función; y una conformación "en reposo" en la que la proteína está inactiva. Por ejemplo, una proteína de canal en su conformación activa posee un poro abierto a través del cual iones o moléculas específicos atraviesan la barrera de la membrana. Al volver a una conformación inactiva, el replegamiento de proteínas constriñe el canal conductor y cesa el flujo de iones o moléculas.
Al juntar todas las piezas, obtenemos una idea de cómo el "cerebro" de la célula procesa la información y provoca el comportamiento. Las innumerables señales de energía molecular y radiante en el entorno de una célula crean una cacofonía virtual de información. De una manera que se asemeja a una transformada biológica de Fourier, los receptores de superficie individuales (Fig. H) detectan el entorno aparentemente caótico y filtran frecuencias específicas como señales de comportamiento. La recepción de una señal resonante (Fig. I, flecha) induce un cambio conformacional en la porción citoplásmica del receptor (Fig. I, punta de flecha). Este cambio conformacional permite al receptor formar un complejo con un IMP efector específico (Fig. J, en este caso un IMP de canal). La unión de la proteína receptora (Fig. K) a su vez provoca un cambio conformacional en la proteína efectora (Fig. L, canal abierto). Los receptores activados pueden activar las vías enzimáticas, inducir la reorganización estructural y la motilidad o activar el transporte de iones y señales eléctricas pulsadas de forma única a través de la membrana.
Las proteínas procesadoras sirven como dispositivos "multiplex" en el sentido de que pueden aumentar la versatilidad del sistema de señales. Estas proteínas interactúan con los receptores con las proteínas efectoras (P en la figura M). Al "programar" el acoplamiento de proteínas del procesador, se pueden vincular una variedad de entradas con una variedad de salidas. Las proteínas procesadoras proporcionan un gran repertorio de comportamientos utilizando un número limitado de IMP.
Los IMP efectores convierten las señales ambientales mediadas por receptores en comportamiento biológico. La función de salida de algunas proteínas efectoras podría representar el alcance total de un comportamiento provocado. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la salida de los IMP efectores en realidad sirve como una "señal" secundaria que penetra en la célula y activa el comportamiento de otras vías de proteínas citoplasmáticas. Las proteínas efectoras activadas también sirven como factores de transcripción, señales que provocan la expresión génica.
El comportamiento de la célula está controlado por las acciones combinadas de los receptores acoplados y los IMP efectores. Los receptores proporcionan "conciencia del medio ambiente" y las proteínas efectoras convierten esa conciencia en "sensación física". Por definición estricta, un complejo receptor-efector representa una unidad fundamental de percepción. Las unidades de percepción de proteínas proporcionan la base de la conciencia biológica. Las percepciones "controlan" el comportamiento de la célula, aunque en realidad una célula está "controlada" por creencias, ya que las percepciones pueden no ser necesariamente precisas.
La membrana celular es un procesador de información orgánica. Detecta el entorno y convierte esa conciencia en "información" que puede influir en la actividad de las vías de las proteínas y controlar la expresión de los genes. Una descripción de la estructura y función de la membrana es la siguiente: (A) según la organización de sus moléculas de fosfolípidos, la membrana es un cristal líquido; B) el transporte regulado de información a través de la barrera hidrófoba por las proteínas efectoras IMP convierte a la membrana en un semiconductor; y © la membrana está dotada de IMP que funcionan como puertas (receptores) y canales. Como semiconductor de cristal líquido con puertas y canales, la membrana es un transistor de procesamiento de información, un chip de computadora orgánico.
Cada complejo receptor-efector representa un BIT biológico, una sola unidad de percepción. Aunque esta hipótesis se presentó formalmente por primera vez en 1986 (Lipton 1986, Planetary Assoc. For Clean Energy Newsletter 5: 4), el concepto se ha verificado tecnológicamente desde entonces. Cornell y otros (Nature 1997, 387: 580-584), unieron una membrana a un sustrato de hoja de oro. Al controlar los electrolitos entre la membrana y la lámina, pudieron digitalizar la apertura y el cierre de los canales activados por receptores. La célula y un chip son estructuras homólogas.
La celda es un "chip de computadora" a base de carbono que lee el medio ambiente. Su "teclado" está compuesto por receptores. La información ambiental se ingresa a través de sus “claves” de proteínas. Las proteínas efectoras transforman los datos en comportamiento biológico. Los IMP BIT sirven como interruptores que regulan las funciones celulares y la expresión génica. El núcleo representa un "disco duro" con software codificado por ADN. Los avances recientes en biología molecular enfatizan la naturaleza de lectura / escritura de este disco duro.
Curiosamente, el grosor de la membrana (aproximadamente 7.5 nm) está fijado por las dimensiones de la bicapa de fosfolípidos. Dado que los IMP de membrana tienen aproximadamente 6-8 nm de diámetro, solo pueden formar una monocapa en la membrana.Las unidades de IMP no pueden apilarse unas sobre otras, la adición de más unidades de percepción está directamente relacionada con un aumento en el área de superficie de la membrana. Con esta comprensión, la evolución, la expansión de la conciencia (es decir, la adición de más IMP) se modelaría de manera más efectiva utilizando geometría fractal. La naturaleza fractal de la biología se puede observar en las reiteraciones estructurales y funcionales observadas entre la jerarquía de la célula, los organismos multicelulares (hombre) y las comunidades de organismos multicelulares (sociedad humana).
Esta nueva percepción sobre los mecanismos de control celular nos libera de las limitaciones del determinismo genético. En lugar de comportarse como autómatas genéticos programados, el comportamiento biológico está vinculado dinámicamente al medio ambiente. Aunque este enfoque reduccionista ha destacado el mecanismo de las proteínas de percepción individual, la comprensión del mecanismo de procesamiento enfatiza la naturaleza holística de los organismos biológicos. La expresión de la célula refleja el reconocimiento de todos los estímulos ambientales percibidos, tanto físicos como energéticos. En consecuencia, el "Corazón de la Medicina Energética" se puede encontrar verdaderamente en la magia de la membrana.