Ristampato da Bridges, 2001 Vol 12(1):5 ISSEEM
Sebbene un essere umano sia composto da oltre cinquanta trilioni di cellule, non ci sono funzioni fisiologiche nei nostri corpi che non fossero già preesistenti nella biologia della singola cellula nucleata (eucariotica). Gli organismi unicellulari, come l'ameba o il paramecio, possiedono gli equivalenti citologici di un sistema digestivo, un sistema escretore, un sistema respiratorio, un sistema muscolo-scheletrico, un sistema immunitario, un sistema riproduttivo e un sistema cardiovascolare, tra gli altri. Nell'uomo queste funzioni fisiologiche sono associate all'attività di organi specifici. Questi stessi processi fisiologici vengono eseguiti nelle cellule da minuscoli sistemi di organi chiamati organelli.
La vita cellulare è sostenuta da una stretta regolazione delle funzioni dei sistemi fisiologici della cellula. L'espressione di repertori comportamentali prevedibili implica l'esistenza di un "sistema nervoso" cellulare. Questo sistema reagisce agli stimoli ambientali suscitando risposte comportamentali appropriate. L'organello che coordina gli aggiustamenti e le reazioni di una cellula ai suoi ambienti interni ed esterni rappresenterebbe l'equivalente citoplasmatico del "cervello".
Dalla rottura del codice genetico nei primi anni '1950, i biologi cellulari hanno favorito il concetto di determinismo genetico, l'idea che i geni "controllano" la biologia. Praticamente tutti i geni della cellula sono contenuti all'interno del più grande organello della cellula, il nucleo. L'opinione convenzionale considera il nucleo il “centro di comando” della cellula. In quanto tale, il nucleo rappresenterebbe l'equivalente cellulare del "cervello".
Il determinismo genetico deduce che l'espressione e il destino di un organismo sono principalmente "predeterminati" nel suo codice genetico. La base genetica dell'espressione dell'organismo è radicata nelle scienze biologiche come una verità consensuale, una credenza in base alla quale inquadriamo il nostro riferimento per la salute e la malattia. Da qui l'idea che la suscettibilità a determinate malattie o l'espressione di comportamenti aberranti sia generalmente legata al lignaggio genetico e, a volte, a mutazioni spontanee. Per estensione, la maggioranza degli scienziati percepisce anche che la mente e la coscienza umane sono "codificate" nelle molecole del sistema nervoso. Questo a sua volta promuove il concetto che l'emergere della coscienza riflette il "fantasma nella macchina".
Il primato del DNA nell'influenzare e regolare il comportamento biologico e l'evoluzione si basa su un presupposto infondato. Un articolo fondamentale di HF Nijhout (BioEssays 1990, 12 (9):441-446) descrive come i concetti relativi ai "controlli" e ai "programmi" genetici fossero originariamente concepiti come metafore per aiutare a definire e indirizzare le vie di ricerca. La diffusa ripetizione di questa convincente ipotesi per oltre cinquant'anni ha portato la "metafora del modello" a diventare la "verità del meccanismo", nonostante l'assenza di prove sostanziali a sostegno. Poiché l'assunto enfatizza il programma genetico come il "grado più alto" nella scala del controllo biologico, i geni hanno acquisito lo status di agenti causali nell'indurre l'espressione e il comportamento biologici (ad esempio, i geni che causano il cancro, l'alcolismo, persino la criminalità).
L'idea che il nucleo ei suoi geni siano il “cervello” della cellula è un'ipotesi insostenibile e illogica. Se il cervello viene rimosso da un animale, l'interruzione dell'integrazione fisiologica porterebbe immediatamente alla morte dell'organismo. Se il nucleo rappresentasse veramente il cervello della cellula, la rimozione del nucleo comporterebbe la cessazione delle funzioni cellulari e la morte cellulare immediata. Tuttavia, le cellule enucleate sperimentalmente possono sopravvivere per due o più mesi senza geni, e tuttavia sono in grado di effettuare risposte complesse a stimoli ambientali e citoplasmatici (Lipton, et al., Differentiation 1991, 46:117-133). La logica rivela che il nucleo non può essere il cervello della cellula!
Gli studi sulle cellule umane clonate mi hanno portato alla consapevolezza che il plasmalemma della cellula, comunemente chiamato membrana cellulare, rappresenta il "cervello" della cellula. Le membrane cellulari, il primo organello biologico ad apparire nell'evoluzione, sono gli unici organelli comuni a ogni organismo vivente. Le membrane cellulari compartimentano il citoplasma, separandolo dai capricci dell'ambiente esterno. Nella sua capacità di barriera, la membrana consente alla cellula di mantenere uno stretto "controllo" sull'ambiente citoplasmatico, una necessità nello svolgimento delle reazioni biologiche. Le membrane cellulari sono così sottili che possono essere osservate solo usando il microscopio elettronico. Di conseguenza, l'esistenza e l'espressione universale della struttura a membrana è stata chiaramente stabilita solo intorno al 1950.
Nelle micrografie elettroniche, la membrana cellulare appare come una "pelle" incredibilmente sottile (<10 nm), a tre strati (nero-bianco-nero) che avvolge la cellula. La fondamentale semplicità strutturale della membrana cellulare, che è identica per tutti gli organismi biologici, ha sedotto i biologi cellulari. Per la maggior parte degli ultimi cinquant'anni, la membrana è stata percepita come una barriera "passiva", semipermeabile, simile a un "involucro di plastica" traspirante, la cui funzione era semplicemente quella di contenere il citoplasma.
L'aspetto a strati della membrana riflette l'organizzazione dei suoi elementi costitutivi fosfolipidici. Queste molecole a forma di lecca-lecca sono anfipatiche, possiedono sia una testa di fosfato polare globulare (Figura A) che due gambe non polari simili a bastoncini (Figura B). Quando agitati in soluzione, i fosfolipidi si autoassemblano in un doppio strato cristallino stabilizzante (Figura C).
Le gambe lipidiche che compongono il nucleo della membrana forniscono una barriera idrofobica (Figura D) che divide il citoplasma dall'ambiente esterno in continua evoluzione. Mentre l'integrità citoplasmatica è mantenuta dalla funzione di barriera passiva del lipide, i processi vitali richiedono lo scambio attivo di metaboliti e informazioni tra il citoplasma e l'ambiente circostante. Le attività fisiologiche del plasmalemma sono mediate dalle proteine di membrana.
Ognuna delle circa 100,000 diverse proteine che forniscono il corpo umano è composta da una catena lineare di amminoacidi collegati. Le "catene" sono assemblate da una popolazione di venti diversi amminoacidi. La struttura e la funzione uniche di ciascuna proteina sono definite dalla sequenza specifica di amminoacidi che compongono la sua catena. Sintetizzate come una stringa lineare, le catene di amminoacidi si ripiegano successivamente in globuli tridimensionali unici. La conformazione finale (forma) della proteina riflette un equilibrio di cariche elettriche tra i suoi amminoacidi costituenti.
La morfologia tridimensionale delle proteine piegate conferisce alle loro superfici fessure e tasche appositamente sagomate. Molecole e ioni che possiedono forme fisiche e cariche elettriche complementari si legheranno alle fessure e alle tasche della superficie di una proteina con la specificità di un lucchetto. Il legame di un'altra molecola altera la distribuzione della carica elettrica della proteina. In risposta, la catena di amminoacidi della proteina si ripiega spontaneamente per riequilibrare la distribuzione di carica. Il ripiegamento cambia la conformazione della proteina. Nel passare da una conformazione all'altra, la proteina esprime movimento. I movimenti conformazionali delle proteine sono imbrigliati dalla cellula per svolgere funzioni fisiologiche. Il lavoro generato dal movimento delle proteine è responsabile della "vita".
Alcuni dei venti amminoacidi che compongono la catena della proteina sono non polari (idrofobici, amanti del petrolio). Le porzioni idrofobe delle proteine cercano stabilità inserendosi nel nucleo lipidico della membrana. Le porzioni polari (amante dell'acqua) di queste proteine si estendono da una o da entrambe le superfici ricoperte d'acqua della membrana. Le proteine incorporate all'interno della membrana sono chiamate proteine integrali di membrana (IMP).
Gli IMP di membrana possono essere suddivisi funzionalmente in due classi: recettori ed effettori. I recettori sono dispositivi di input che rispondono ai segnali ambientali. Gli effettori sono dispositivi di output che attivano i processi cellulari. Una famiglia di proteine del processore, situata nel citoplasma al di sotto della membrana, serve a collegare i recettori che ricevono il segnale con gli effettori che producono l'azione.
I recettori sono "antenne" molecolari che riconoscono i segnali ambientali. Alcune antenne recettoriali si estendono verso l'interno dalla faccia citoplasmatica della membrana. Questi recettori "leggono" l'ambiente interno e forniscono la consapevolezza delle condizioni citoplasmatiche. Altri recettori che si estendono dalla superficie esterna della cellula forniscono la consapevolezza dei segnali ambientali esterni.
Le scienze biomediche convenzionali sostengono che le "informazioni" ambientali possono essere trasportate solo dalla sostanza delle molecole (Science 1999, 284:79-109). Secondo questa nozione, i recettori riconoscono solo i "segnali" che completano fisicamente le loro caratteristiche superficiali. Questa credenza materialistica è mantenuta anche se è stato ampiamente dimostrato che i recettori proteici rispondono alle frequenze vibrazionali. Attraverso un processo noto come accoppiamento elettroconformazionale (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14:89-92), i campi energetici vibrazionali risonanti possono alterare l'equilibrio delle cariche in una proteina. In un campo energetico armonico, i recettori cambieranno la loro conformazione. Di conseguenza, i recettori di membrana rispondono alle informazioni ambientali sia fisiche che energetiche.
La conformazione “attivata” di un recettore informa la cellula dell'esistenza di un segnale. I cambiamenti nella conformazione del recettore forniscono la "consapevolezza" cellulare. Nella sua conformazione "attivata", un recettore che riceve il segnale può legarsi a una specifica proteina effettrice che produce una funzione o a una proteina processore intermedia. Le proteine recettoriali ritornano alla loro conformazione “inattiva” originale e si staccano dalle altre proteine quando il segnale cessa.
La famiglia delle proteine effettrici rappresenta dispositivi di “uscita”. Esistono tre diversi tipi di effettori, proteine di trasporto, enzimi e proteine del citoscheletro. I trasportatori, che comprendono l'ampia famiglia di canali, servono a trasportare molecole e informazioni da un lato all'altro della barriera di membrana. Gli enzimi sono responsabili della sintesi e della degradazione metabolica. Le proteine del citoscheletro regolano la forma e la motilità delle cellule.
Le proteine effettrici possiedono generalmente due conformazioni: una configurazione attiva in cui la proteina esprime la sua funzione; e una conformazione “a riposo” in cui la proteina è inattiva. Ad esempio, una proteina canale nella sua conformazione attiva possiede un poro aperto attraverso il quale specifici ioni o molecole attraversano la barriera di membrana. Tornando a una conformazione inattiva, il ripiegamento proteico restringe il canale di conduzione e il flusso di ioni o molecole cessa.
Mettendo insieme tutti i pezzi ci vengono fornite informazioni su come il "cervello" della cellula elabora le informazioni e suscita il comportamento. Gli innumerevoli segnali di energia molecolare e radiante nell'ambiente di una cellula creano una cacofonia virtuale di informazioni. In un modo simile a una trasformata di Fourier biologica, i singoli recettori di superficie (Fig. H) percepiscono l'ambiente apparentemente caotico e filtrano frequenze specifiche come segnali comportamentali. La ricezione di un segnale risonante (Fig. I, freccia) induce un cambiamento conformazionale nella porzione citoplasmatica del recettore (Fig. I, punta di freccia). Questo cambiamento conformazionale consente al recettore di complessarsi con uno specifico effettore IMP (Fig. J, in questo caso un canale IMP). Il legame della proteina recettore (Fig. K) a sua volta provoca un cambiamento conformazionale nella proteina effettrice (Fig. L, apertura del canale). I recettori attivati possono attivare percorsi enzimatici, indurre la riorganizzazione strutturale e la motilità o attivare il trasporto di segnali elettrici e ioni a impulsi unici attraverso la membrana.
Le proteine del processore fungono da dispositivi "multiplex" in quanto possono aumentare la versatilità del sistema di segnale. Tali proteine interfacciano recettori con proteine effettrici (P in figura M). Attraverso la "programmazione" dell'accoppiamento delle proteine del processore, una varietà di input può essere collegata a una varietà di output. Le proteine del processore forniscono un ampio repertorio comportamentale utilizzando un numero limitato di IMP.
Gli IMP effettori convertono i segnali ambientali mediati dai recettori in comportamenti biologici. La funzione di output di alcune proteine effettrici potrebbe rappresentare l'intera estensione di un comportamento suscitato. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, l'uscita degli IMP effettori serve effettivamente come un "segnale" secondario che penetra nella cellula e attiva il comportamento di altre vie proteiche citoplasmatiche. Le proteine effettrici attivate servono anche come fattori di trascrizione, segnali che stimolano l'espressione genica.
Il comportamento della cellula è controllato dalle azioni combinate dei recettori accoppiati e degli IMP effettori. I recettori forniscono "consapevolezza dell'ambiente" e le proteine effettrici convertono tale consapevolezza in "sensazione fisica". Per definizione rigorosa, un complesso recettore-effettore rappresenta un'unità fondamentale della percezione. Le unità di percezione delle proteine forniscono il fondamento della coscienza biologica. Le percezioni "controllano" il comportamento cellulare, sebbene in realtà una cellula sia effettivamente "controllata" dalle credenze, poiché le percezioni potrebbero non essere necessariamente accurate.
La membrana cellulare è un elaboratore di informazioni organiche. Percepisce l'ambiente e converte quella consapevolezza in "informazione" che può influenzare l'attività delle vie proteiche e controllare l'espressione dei geni. Una descrizione della struttura e della funzione della membrana recita come segue: (A) in base all'organizzazione delle sue molecole fosfolipidiche, la membrana è un cristallo liquido; B) il trasporto regolato dell'informazione attraverso la barriera idrofobica da parte delle proteine effettrici IMP rende la membrana un semiconduttore; e © la membrana è dotata di IMP che funzionano come porte (recettori) e canali. Come un semiconduttore a cristalli liquidi con porte e canali, la membrana è un transistor di elaborazione delle informazioni, un chip di computer organico.
Ogni complesso recettore-effettore rappresenta un BIT biologico, una singola unità di percezione. Sebbene questa ipotesi sia stata presentata formalmente per la prima volta nel 1986 (Lipton 1986, Planetary Assoc. for Clean Energy Newsletter 5:4), da allora il concetto è stato tecnologicamente verificato. Cornell e altri (Nature 1997, 387:580-584) hanno collegato una membrana a un substrato di lamina d'oro. Controllando gli elettroliti tra la membrana e la lamina, sono stati in grado di digitalizzare l'apertura e la chiusura dei canali attivati dai recettori. La cellula e un chip sono strutture omologhe.
La cella è un "chip" a base di carbonio che legge l'ambiente. La sua "tastiera" è composta da recettori. Le informazioni ambientali vengono inserite tramite le sue "chiavi" proteiche. I dati vengono tradotti in comportamento biologico da proteine effettrici. Gli IMP BIT fungono da interruttori che regolano le funzioni cellulari e l'espressione genica. Il nucleo rappresenta un "disco rigido" con software codificato per DNA. I recenti progressi nella biologia molecolare enfatizzano la natura di lettura/scrittura di questo disco rigido.
È interessante notare che lo spessore della membrana (circa 7.5 nm) è fissato dalle dimensioni del doppio strato fosfolipidico. Poiché gli IMP di membrana hanno un diametro di circa 6-8 nm, possono solo formare un monostrato nella membrana. Le unità IMP non possono impilarsi l'una sull'altra, l'aggiunta di più unità di percezione è direttamente collegata ad un aumento della superficie della membrana. Con questa comprensione, l'evoluzione, l'espansione della consapevolezza (cioè l'aggiunta di più IMP) sarebbe modellata in modo più efficace utilizzando la geometria frattale. La natura frattale della biologia può essere osservata nelle reiterazioni strutturali e funzionali osservate tra la gerarchia della cellula, gli organismi pluricellulari (uomo) e le comunità di organismi pluricellulari (società umana).
Questa nuova percezione sui meccanismi di controllo cellulare ci libera dai limiti del determinismo genetico. Piuttosto che comportarsi come automi genetici programmati, il comportamento biologico è collegato dinamicamente all'ambiente. Sebbene questo approccio riduzionista abbia evidenziato il meccanismo delle singole proteine di percezione, la comprensione del meccanismo di elaborazione enfatizza la natura olistica degli organismi biologici. L'espressione della cellula riflette il riconoscimento di tutti gli stimoli ambientali percepiti, sia fisici che energetici. Di conseguenza, il “Cuore della Medicina Energetica” può davvero essere trovato nella magia della membrana.