Ponovno tiskano iz Mostova, 2001. sveska 12. (1): 5 ISSEEM
Iako se čovjek sastoji od preko pedeset bilijuna stanica, u našim tijelima ne postoje fiziološke funkcije koje već nisu postojale u biologiji jednostruke jezgre (eukariotske) stanice. Jednoćelijski organizmi, poput amebe ili paramecija, posjeduju, među ostalim, citološke ekvivalente probavnog sustava, sustava za izlučivanje, dišnog sustava, mišićno-koštanog sustava, imunološkog sustava, reproduktivnog sustava i kardiovaskularnog sustava. U ljudi su ove fiziološke funkcije povezane s aktivnošću određenih organa. Ti isti fiziološki procesi provode se u stanicama umanjenim organskim sustavima koji se nazivaju organele.
Stanični život održava se strogom regulacijom funkcija fiziološkog sustava stanice. Izraz predvidljivog repertoara u ponašanju podrazumijeva postojanje staničnog "živčanog sustava". Ovaj sustav reagira na podražaje iz okoline izazivajući odgovarajuće reakcije u ponašanju. Organela koja koordinira prilagodbama i reakcijama stanice na njezino unutarnje i vanjsko okruženje predstavljala bi citoplazmatski ekvivalent "mozga".
Od razbijanja genetskog koda u ranim 1950-ima, stanični su biolozi favorizirali koncept genetskog determinizma, ideje da geni "kontroliraju" biologiju. Gotovo svi geni stanice sadržani su u najvećoj staničnoj organeli, jezgri. Uobičajeno mišljenje smatra da je jezgra "zapovjedno središte" stanice. Kao takva, jezgra bi predstavljala stanični ekvivalent "mozga".
Genetski determinizam zaključuje da su izraz i sudbina organizma prvenstveno "unaprijed određeni" u njegovom genetskom kodu. Genetska osnova izražavanja organizma ukorijenjena je u biološkim znanostima kao sporazumna istina, vjerovanje kojim oblikujemo svoju referencu za zdravlje i bolesti. Stoga je predodžba da su osjetljivost na određene bolesti ili izražavanje aberantnog ponašanja uglavnom povezani s genetskom lozom i, ponekad, spontanim mutacijama. Većina znanstvenika također shvaća da su ljudski um i svijest "kodirani" u molekulama živčanog sustava. To zauzvrat promovira koncept da pojava svijesti odražava "duha u stroju".
Primat DNA u utjecaju i regulaciji biološkog ponašanja i evolucije temelji se na neutemeljenoj pretpostavci. Temeljni članak HF Nijhouta (BioEssays 1990, 12 (9): 441-446) opisuje kako su koncepti koji se tiču genetskih "kontrola" i "programa" izvorno zamišljeni kao metafore koje pomažu u definiranju i usmjeravanju putova istraživanja. Rasprostranjeno ponavljanje ove uvjerljive hipoteze tijekom pedeset godina rezultiralo je time da je „metafora modela“ postala „istina mehanizma“, usprkos nedostatku potkrijepnih dokaza. Budući da pretpostavka naglašava genetski program kao "gornju stepenicu" na ljestvici biološke kontrole, geni su stekli status uzročnika u izazivanju biološke ekspresije i ponašanja (npr. Geni koji uzrokuju rak, alkoholizam, čak i kriminalitet).
Zamisao da su jezgra i njezini geni "mozak" stanice neodrživa je i nelogična hipoteza. Ako se mozak ukloni sa životinje, poremećaj fiziološke integracije odmah bi doveo do smrti organizma. Ako bi jezgra uistinu predstavljala mozak stanice, tada bi uklanjanje jezgre rezultiralo prestankom staničnih funkcija i trenutnom staničnom smrću. Međutim, eksperimentalno enukleirane stanice mogu preživjeti dva ili više mjeseci bez out gena, a opet sposobne su izvršiti složeni odgovor na podražaje iz okoline i citoplazme (Lipton, i sur., Differentiation 1991, 46: 117-133). Logika otkriva da jezgra ne može biti mozak stanice!
Studije na kloniranim ljudskim stanicama dovele su me do svijesti da stanična plazmalema, koja se obično naziva stanična membrana, predstavlja stanični "mozak". Stanične membrane, prva biološka organela koja se pojavila u evoluciji, jedine su organele zajedničke svakom živom organizmu. Stanične membrane razdvajaju citoplazmu, odvajajući je od hirovitosti vanjskog okruženja. U svom barijernom kapacitetu, membrana omogućuje stanici da održava strogu „kontrolu“ nad citoplazmatskim okolišem, nužnom u provođenju bioloških reakcija. Stanične membrane su toliko tanke da ih se može promatrati samo pomoću elektronskog mikroskopa. Slijedom toga, postojanje i univerzalni izraz membranske strukture tek je jasno utvrđeno oko 1950.
Na elektronskim mikrofotografijama stanična membrana izgleda kao nestajuće tanka (<10nm), troslojna (crno-bijelo-crna) "koža" koja obavija stanicu. Osnovna strukturna jednostavnost stanične membrane, koja je identična za sve biološke organizme, zbunila je stanične biologe. Većinu posljednjih pedeset godina membrana se doživljavala kao "pasivna", polupropusna barijera, nalik na prozračnu "plastičnu foliju", čija je funkcija bila jednostavno sadržavanje citoplazme.
Slojeviti izgled membrane odražava organizaciju njezinih fosfolipidnih gradivnih blokova. Te molekule u obliku lizalice su amfipatičke, posjeduju i globularnu polarnu fosfatnu glavu (slika A) i dvije nepolarne noge poput štapića (slika B). Kada se promućkaju u otopini, fosfolipidi se sami sakupljaju u stabilizirajući kristalni dvosloj (slika C).
Noge lipida koje čine jezgru membrane pružaju hidrofobnu barijeru (slika D) koja razdvaja citoplazmu iz vanjskog okruženja koje se stalno mijenja. Dok citoplazmatski integritet održava lipidna pasivna barijerna funkcija, životni procesi zahtijevaju aktivnu razmjenu metabolita i informacija između citoplazme i okoline. Fiziološke aktivnosti plazmaleme posreduju proteini membrane.
Svaki od otprilike 100,000 XNUMX različitih proteina koji osiguravaju ljudsko tijelo sastoji se od linearnog lanca povezanih aminokiselina. "Lanci" su sastavljeni od populacije od dvadeset različitih aminokiselina. Jedinstvena struktura i funkcija svakog proteina definirana je specifičnim slijedom aminokiselina koji čine njegov lanac. Sintetizirani kao linearni niz, aminokiselinski lanci naknadno se savijaju u jedinstvene trodimenzionalne globule. Konačna konformacija (oblik) proteina odražava ravnotežu električnih naboja među sastavnim aminokiselinama.
Trodimenzionalna morfologija presavijenih bjelančevina obrađuje njihove površine posebno oblikovanim pukotinama i džepovima. Molekule i ioni koji posjeduju komplementarne fizičke oblike i električne naboje vezat će se za površinske rascjepe i džepove proteina sa specifičnošću brave i ključa. Vezanje druge molekule mijenja raspodjelu električnog naboja proteina. Kao odgovor, aminokiselinski lanac proteina spontano će se preklopiti kako bi izbalansirao raspodjelu naboja. Preoblikovanjem se mijenja konformacija proteina. Prebacujući se s jedne konformacije na drugu, protein izražava pokret. Stanična konformacijska kretanja koriste se za izvršavanje fizioloških funkcija. Rad generiran kretanjem proteina odgovoran je za "život".
Broj od dvadeset aminokiselina koje čine lanac proteina su nepolarni (hidrofobni, koji vole ulje). Hidrofobni dijelovi proteina traže stabilnost umetanjem u lipidnu jezgru membrane. Polarni dijelovi ovih bjelančevina (koji vole vodu) protežu se s jedne ili obje površine membrane prekrivene vodom. Proteini ugrađeni u membranu nazivaju se integralni membranski proteini (IMP).
Membranski IMP mogu se funkcionalno podijeliti u dvije klase: receptore i efektore. Receptori su ulazni uređaji koji reagiraju na signale okoline. Efektori su izlazni uređaji koji aktiviraju stanične procese. Obitelj procesorskih proteina, smještenih u citoplazmi ispod membrane, služe za povezivanje receptora koji primaju signal s efektorima koji proizvode akciju.
Receptori su molekularne "antene" koje prepoznaju okolišne signale. Neke se receptorske antene protežu prema unutra od citoplazmatskog lica membrane. Ti receptori "čitaju" unutarnji milje i pružaju svijest o citoplazmatskim uvjetima. Ostali receptori koji se protežu od vanjske površine stanice pružaju svijest o vanjskim okolišnim signalima.
Uobičajene biomedicinske znanosti drže da "informacije" o okolišu može nositi samo supstanca molekula (Science 1999, 284: 79-109). Prema ovom poimanju, receptori prepoznaju samo "signale" koji fizički nadopunjuju njihove površinske značajke. Ovo se materijalističko uvjerenje održava iako je dovoljno pokazano da proteinski receptori reagiraju na vibracijske frekvencije. Kroz postupak poznat kao elektrokonformacijsko spajanje (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14: 89-92), rezonantna vibracijska energetska polja mogu promijeniti ravnotežu naboja u proteinu. U harmoničnom energetskom polju receptori će promijeniti svoju konformaciju. Slijedom toga, membranski receptori reagiraju i na fizičke i na energetske informacije o okolišu.
"Aktivirana" konformacija receptora informira ćeliju o postojanju signala. Promjene u konformaciji receptora osiguravaju staničnu "svijest". U svojoj "aktiviranoj" konformaciji, receptor za prijam signala može se vezati ili za određeni efektorski protein koji stvara funkciju ili za posrednički procesorski protein. Proteini receptora vraćaju se u izvornu "neaktivnu" konformaciju i odvajaju se od ostalih proteina kad signal prestane.
Obitelj efektorskih proteina predstavljaju uređaje za "izlaz". Postoje tri različite vrste efektora, transportni proteini, enzimi i citoskeletni proteini. Transporteri, koji uključuju široku obitelj kanala, služe za prijenos molekula i informacija s jedne strane membranske barijere na drugu. Enzimi su odgovorni za metaboličku sintezu i razgradnju. Citoskeletni proteini reguliraju oblik i pokretljivost stanica.
Proteini efektori općenito imaju dvije konformacije: aktivnu konfiguraciju u kojoj protein izražava svoju funkciju; i "odmarajuća" konformacija u kojoj je protein neaktivan. Na primjer, kanalni protein u svojoj aktivnoj konformaciji ima otvorenu pora kroz koju specifični ioni ili molekule prelaze membransku barijeru. Vraćajući se u neaktivnu konformaciju, ponovno savijanje proteina sužava provodni kanal i protok iona ili molekula prestaje.
Sastavljajući sve dijelove, pružamo uvid u to kako stanični "mozak" obrađuje informacije i izaziva ponašanje. Nebrojeni molekularni i zračeći energetski signali u okolišu stanice stvaraju virtualnu kakofoniju informacija. Na način sličan biološkoj Fourierovoj transformaciji, pojedinačni površinski receptori (slika H) osjećaju naoko kaotično okruženje i filtriraju određene frekvencije kao signale u ponašanju. Prijem rezonantnog signala (slika I, strelica) inducira konformacijsku promjenu u citoplazmatskom dijelu receptora (slika I, glava strelice). Ova konformacijska promjena omogućuje receptoru da se kompleksira sa određenim efektornim IMP-om (slika J, u ovom slučaju kanalnim IMP-om). Vezanje receptorskog proteina (slika K) zauzvrat izaziva konformacijsku promjenu u efektorskom proteinu (slika L, kanal se otvara). Aktivirani receptori mogu uključiti enzimske putove, izazvati strukturnu reorganizaciju i pokretljivost ili aktivirati transport jedinstveno impulsnih električnih signala i iona kroz membranu.
Procesorski proteini služe kao "multipleks" uređaji jer mogu povećati svestranost signalnog sustava. Takvi proteini povezuju receptore s efektornim proteinima (P na slici M). "Programiranjem" sprezanja proteina procesora, mnoštvo ulaza može se povezati s različitim izlazima. Procesorski proteini pružaju velik repertoar ponašanja koristeći ograničeni broj IMP-a.
Effector IMP pretvaraju receptorom posredovane okolišne signale u biološko ponašanje. Izlazna funkcija nekih efektorskih proteina može predstavljati puni opseg izazvanog ponašanja. Međutim, u većini slučajeva izlaz efektorskih IMP-a zapravo služi kao sekundarni "signal" koji prodire u stanicu i aktivira ponašanje drugih putova citoplazmatskih proteina. Aktivirani efektorski proteini također služe kao transkripcijski faktori, signali koji izazivaju ekspresiju gena.
Ponašanje stanice kontrolira se kombiniranim djelovanjem spregnutih receptora i efektorskih IMP-a. Receptori pružaju "svijest o okolišu", a efektorski proteini tu svijest pretvaraju u "fizički osjećaj". Prema strogoj definiciji, receptorsko-efektorski kompleks predstavlja temeljnu jedinicu percepcije. Jedinice percepcije proteina pružaju temelj biološke svijesti. Percepcije "kontroliraju" ponašanje stanice, premda u stvari stanicom zapravo "upravljaju" vjerovanja, jer percepcija ne mora nužno biti točna.
Stanična membrana je organski procesor informacija. Osjeća okoliš i pretvara tu svijest u "informacije" koje mogu utjecati na aktivnost proteinskih putova i kontrolirati ekspresiju gena. Opis strukture i funkcije membrane glasi kako slijedi: (A) na temelju organizacije svojih molekula fosfolipida, membrana je tekući kristal; B) regulirani prijenos informacija preko hidrofobne barijere pomoću IMP efektorskih proteina čini membranu poluvodičem; i © membrana je obdarena IMP-ovima koji funkcioniraju kao vrata (receptori) i kanali. Kao poluvodič s tekućim kristalima s vratima i kanalima, membrana je tranzistor za obradu informacija, organski računalni čip.
Svaki kompleks receptor-efektor predstavlja biološki BIT, jednu jedinicu percepcije. Iako je ova hipoteza prvi put formalno predstavljena 1986. (Lipton 1986, Planetary Assoc. For Clean Energy Newsletter 5: 4), koncept je od tada tehnološki provjeren. Cornell i drugi (Nature 1997, 387: 580-584), povezali su membranu sa podlogom od zlatne folije. Kontrolirajući elektrolite između membrane i folije, uspjeli su digitalizirati otvaranje i zatvaranje kanala aktiviranih receptorima. Stanica i čip su homologne strukture.
Stanica je "računalni čip" na bazi ugljika koji čita okoliš. Njegova se "tipkovnica" sastoji od receptora. Podaci o okolišu unose se putem proteinskih "ključeva". Podaci se pretvaraju u biološko ponašanje efektorskim proteinima. IMP BIT služe kao prekidači koji reguliraju funkcije stanica i ekspresiju gena. Jezgra predstavlja "tvrdi disk" s DNA kodiranim softverom. Nedavni napredak u molekularnoj biologiji naglašava prirodu čitanja / pisanja ovog tvrdog diska.
Zanimljivo je da je debljina membrane (oko 7.5 nm) fiksirana dimenzijama fosfolipidnog dvosloja. Budući da su membranski IMP promjera približno 6-8 nm, oni u membrani mogu stvarati samo jednoslojni sloj. Jedinice IMP ne mogu se slagati jedna na drugu, dodavanje više percepcijskih jedinica izravno je povezano s povećanjem površine membrane. Tim bi se razumijevanjem evolucija, širenje svijesti (tj. Dodavanje više IMP-ova) najučinkovitije modeliralo pomoću fraktalne geometrije. Fraktalna priroda biologije može se primijetiti u strukturnim i funkcionalnim ponavljanjima uočenim među hijerarhijom stanice, višećelijskim organizmima (čovjek) i zajednicama višećelijskih organizama (ljudsko društvo).
Ova nova percepcija o mehanizmima kontrole stanica oslobađa nas ograničenja genetskog determinizma. Umjesto da se ponaša kao programirani genetski automati, biološko ponašanje dinamički je povezano s okolinom. Iako je ovaj redukcionistički pristup naglasio mehanizam pojedinačnih percepcijskih proteina, razumijevanje mehanizma prerade naglašava holističku prirodu bioloških organizama. Izraz stanice odražava prepoznavanje svih opaženih podražaja iz okoline, kako fizičkih tako i energetskih. Prema tome, "Srce energetske medicine" uistinu se može pronaći u čaroliji membrane.