Overgenomen van Bridges, 2001 Vol 12 (1): 5 ISSEEM
Hoewel een mens uit meer dan vijftig biljoen cellen bestaat, zijn er geen fysiologische functies in ons lichaam die nog niet bestonden in de biologie van de enkele kernhoudende (eukaryote) cel. Eencellige organismen, zoals de amoebe of paramecium, bezitten de cytologische equivalenten van onder meer een spijsverteringssysteem, een uitscheidingssysteem, een ademhalingssysteem, een bewegingsapparaat, een immuunsysteem, een voortplantingssysteem en een cardiovasculair systeem. Bij de mens zijn deze fysiologische functies geassocieerd met de activiteit van specifieke organen. Deze zelfde fysiologische processen worden in cellen uitgevoerd door verkleinende orgaansystemen die organellen worden genoemd.
Het cellulaire leven wordt in stand gehouden door de functies van de fysiologische systemen van de cel strak te reguleren. De uitdrukking van voorspelbare gedragsrepertoires impliceert het bestaan van een cellulair 'zenuwstelsel'. Dit systeem reageert op prikkels uit de omgeving door gepaste gedragsreacties uit te lokken. Het organel dat de aanpassingen en reacties van een cel op zijn interne en externe omgeving coördineert, zou het cytoplasmatische equivalent van de 'hersenen' vertegenwoordigen.
Sinds het breken van de genetische code in het begin van de jaren vijftig hebben celbiologen de voorkeur gegeven aan het concept van genetisch determinisme, het idee dat genen de biologie 'controleren'. Vrijwel alle genen van de cel bevinden zich in het grootste organel van de cel, de kern. De conventionele mening beschouwt de kern als het "commandocentrum" van de cel. Als zodanig zou de kern het cellulaire equivalent van de 'hersenen' vertegenwoordigen.
Genetisch determinisme houdt in dat de expressie en het lot van een organisme primair "vooraf bepaald" zijn in zijn genetische code. De genetische basis van de expressie van organismen is ingebakken in de biologische wetenschappen als een consensuele waarheid, een overtuiging waarmee we onze referentie voor gezondheid en ziekte kaderen. Vandaar het idee dat vatbaarheid voor bepaalde ziekten of de uiting van afwijkend gedrag over het algemeen verband houdt met genetische afkomst en soms met spontane mutaties. Bij uitbreiding wordt door een meerderheid van de wetenschappers ook waargenomen dat de menselijke geest en het bewustzijn "gecodeerd" zijn in de moleculen van het zenuwstelsel. Dit bevordert op zijn beurt het concept dat de opkomst van bewustzijn de "geest in de machine" weerspiegelt.
Het primaat van DNA bij het beïnvloeden en reguleren van biologisch gedrag en evolutie is gebaseerd op een ongegronde aanname. Een baanbrekend artikel van HF Nijhout (BioEssays 1990, 12 (9): 441-446) beschrijft hoe concepten met betrekking tot genetische "controles" en "programma's" oorspronkelijk werden opgevat als metaforen om te helpen bij het definiëren en richten van onderzoekstransacties. De wijdverbreide herhaling van deze overtuigende hypothese gedurende vijftig jaar heeft ertoe geleid dat de 'metafoor van het model' de 'waarheid van het mechanisme' is geworden, ondanks het ontbreken van substantieel ondersteunend bewijs. Aangezien de aanname de nadruk legt op het genetische programma als de "bovenste trede" op de biologische controleladder, hebben genen de status verworven van veroorzakers van biologische expressie en gedrag (bijv. Genen die kanker, alcoholisme en zelfs criminaliteit veroorzaken).
Het idee dat de kern en zijn genen het 'brein' van de cel zijn, is een onhoudbare en onlogische hypothese. Als de hersenen van een dier worden verwijderd, zou een verstoring van de fysiologische integratie onmiddellijk leiden tot de dood van het organisme. Als de kern echt de hersenen van de cel zou vertegenwoordigen, zou verwijdering van de kern resulteren in het stopzetten van celfuncties en onmiddellijke celdood. Experimenteel ontkernde cellen kunnen echter twee of meer maanden zonder genen overleven, en toch zijn ze in staat complexe reacties op omgevings- en cytoplasmatische stimuli te bewerkstelligen (Lipton, et al., Differentiation 1991, 46: 117-133). Logica laat zien dat de kern niet het brein van de cel kan zijn!
Onderzoek naar gekloonde menselijke cellen leidde me tot het besef dat het plasmalemma van de cel, gewoonlijk het celmembraan genoemd, het 'brein' van de cel vertegenwoordigt. Celmembranen, het eerste biologische organel dat in de evolutie verschijnt, zijn het enige organel dat elk levend organisme gemeen heeft. Celmembranen verdelen het cytoplasma in compartimenten en scheiden het van de grillen van de externe omgeving. In zijn barrièrevermogen stelt het membraan de cel in staat om een strakke "controle" te behouden over de cytoplasmatische omgeving, een noodzaak bij het uitvoeren van biologische reacties. Celmembranen zijn zo dun dat ze alleen met de elektronenmicroscoop kunnen worden waargenomen. Het bestaan en de universele expressie van de membraanstructuur was dus pas rond 1950 duidelijk vastgesteld.
In elektronenmicroscoopfoto's ziet het celmembraan eruit als een verdwijnend dunne (<10 nm), drielagige (zwart-wit-zwarte) "huid" die de cel omhult. De fundamentele structurele eenvoud van het celmembraan, die identiek is voor alle biologische organismen, verleidde celbiologen. Gedurende het grootste deel van de afgelopen vijftig jaar werd het membraan gezien als een 'passieve', halfdoorlatende barrière, die leek op een ademende 'plastic folie', waarvan de functie was om eenvoudig het cytoplasma te bevatten.
Het gelaagde uiterlijk van het membraan weerspiegelt de organisatie van de fosfolipidenbouwstenen. Deze lollyvormige moleculen zijn amfipatisch, ze hebben zowel een bolvormige polaire fosfaatkop (Figuur A) als twee stokachtige niet-polaire poten (Figuur B). Wanneer ze in oplossing worden geschud, assembleren de fosfolipiden zichzelf tot een stabiliserende kristallijne dubbellaag (Figuur C).
De lipidenbenen die de kern van het membraan vormen, vormen een hydrofobe barrière (figuur D) die het cytoplasma scheidt van de steeds veranderende externe omgeving. Terwijl de cytoplasmatische integriteit wordt gehandhaafd door de passieve barrièrefunctie van het lipide, vereisen levensprocessen de actieve uitwisseling van metabolieten en informatie tussen het cytoplasma en de omgeving. De fysiologische activiteiten van het plasmalemma worden gemedieerd door de eiwitten van het membraan.
Elk van de ongeveer 100,000 verschillende eiwitten die voor het menselijk lichaam zorgen, bestaat uit een lineaire keten van gekoppelde aminozuren. De "ketens" zijn samengesteld uit een populatie van twintig verschillende aminozuren. De unieke structuur en functie van elk eiwit wordt bepaald door de specifieke volgorde van aminozuren waaruit de keten bestaat. Gesynthetiseerd als een lineaire string, vouwen de aminozuurketens zich vervolgens in unieke driedimensionale bolletjes. De uiteindelijke conformatie (vorm) van het eiwit weerspiegelt een balans van elektrische ladingen tussen de samenstellende aminozuren.
De driedimensionale morfologie van gevouwen eiwitten schenkt hun oppervlakken met specifiek gevormde spleten en holtes. Moleculen en ionen die complementaire fysieke vormen en elektrische ladingen bezitten, zullen zich binden aan de oppervlaktespleten en holtes van een eiwit met de specificiteit van een slot-en-sleutel. Binding van een ander molecuul verandert de elektrische ladingsverdeling van het eiwit. Als reactie hierop zal de aminozuurketen van het eiwit spontaan hervouwen om de ladingsverdeling opnieuw in evenwicht te brengen. Opnieuw opvouwen verandert de conformatie van het eiwit. Door van de ene conformatie naar de andere te gaan, drukt het eiwit beweging uit. Eiwitconformationele bewegingen worden door de cel gebruikt om fysiologische functies uit te voeren. Het werk dat wordt gegenereerd door de beweging van eiwitten is verantwoordelijk voor 'leven'.
Een aantal van de twintig aminozuren waaruit de eiwitketen bestaat, is niet-polair (hydrofoob, olieminnend). De hydrofobe delen van eiwitten zoeken stabiliteit door zichzelf in de lipidekern van het membraan in te brengen. De polaire (waterminnende) delen van deze eiwitten strekken zich uit van een of beide met water bedekte oppervlakken van het membraan. Eiwitten die in het membraan zijn opgenomen, worden integrale membraaneiwitten (IMP's) genoemd.
Membraan IMPs kunnen functioneel worden onderverdeeld in twee klassen: receptoren en effectoren. Receptoren zijn invoerapparaten die reageren op omgevingssignalen. Effectors zijn uitvoerapparaten die cellulaire processen activeren. Een familie van processoreiwitten, gelokaliseerd in het cytoplasma onder het membraan, dient om signaalontvangende receptoren te koppelen aan actie producerende effectoren.
Receptoren zijn moleculaire "antennes" die omgevingssignalen herkennen. Sommige receptorantennes strekken zich naar binnen uit vanaf het cytoplasmatische oppervlak van het membraan. Deze receptoren 'lezen' het interne milieu en zorgen voor bewustwording van cytoplasmatische condities. Andere receptoren die zich uitstrekken vanaf het buitenoppervlak van de cel zorgen voor bewustwording van externe omgevingssignalen.
Conventionele biomedische wetenschappen zijn van mening dat milieu-“informatie” alleen kan worden gedragen door de substantie van moleculen (Science 1999, 284: 79-109). Volgens deze notie herkennen receptoren alleen ‘signalen’ die fysiek een aanvulling vormen op hun oppervlaktekenmerken. Deze materialistische overtuiging wordt gehandhaafd, ook al is ruimschoots aangetoond dat eiwitreceptoren reageren op trillingsfrequenties. Door een proces dat bekend staat als elektroconformationele koppeling (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14: 89-92), kunnen resonerende trillingsenergievelden de balans van ladingen in een eiwit veranderen. In een harmonisch energieveld zullen receptoren hun conformatie veranderen. Bijgevolg reageren membraanreceptoren op zowel fysieke als energetische omgevingsinformatie.
De "geactiveerde" conformatie van een receptor informeert de cel over het bestaan van een signaal. Veranderingen in receptorconformatie zorgen voor cellulair "bewustzijn". In zijn "geactiveerde" conformatie kan een signaalontvangende receptor binden aan ofwel een specifiek functie producerende effector-eiwit of aan een intermediair processoreiwit. Receptoreiwitten keren terug naar hun oorspronkelijke "inactieve" conformatie en worden losgemaakt van andere eiwitten wanneer het signaal ophoudt.
De familie van effector-eiwitten vertegenwoordigt "output" -apparaten. Er zijn drie verschillende soorten effectoren, transporteiwitten, enzymen en cytoskeleteiwitten. Transporters, die de uitgebreide familie van kanalen omvatten, dienen om moleculen en informatie van de ene kant van de membraanbarrière naar de andere te transporteren. Enzymen zijn verantwoordelijk voor metabolische synthese en afbraak. Cytoskeletale eiwitten reguleren de vorm en beweeglijkheid van cellen.
Effector-eiwitten hebben in het algemeen twee conformaties: een actieve configuratie waarin het eiwit zijn functie uitdrukt; en een "rustende" conformatie waarin het eiwit inactief is. Een kanaaleiwit heeft bijvoorbeeld in zijn actieve conformatie een open porie waardoor specifieke ionen of moleculen de membraanbarrière passeren. Door terug te keren naar een inactieve conformatie, vernauwt het hervouwen van eiwitten het geleidende kanaal en stopt de stroom van ionen of moleculen.
Door alle stukjes samen te voegen, krijgen we inzicht in hoe het 'brein' van de cel informatie verwerkt en gedrag uitlokt. De ontelbare moleculaire en stralingsenergiesignalen in de omgeving van een cel creëren een virtuele kakofonie van informatie. Op een manier die lijkt op een biologische Fourier-transformatie, detecteren individuele oppervlaktereceptoren (figuur H) de schijnbaar chaotische omgeving en filteren ze specifieke frequenties uit als gedragssignalen. Ontvangst van een resonantiesignaal (Fig. I, pijl) induceert een conformationele verandering in het cytoplasmatische gedeelte van de receptor (Fig. I, pijlpunt). Deze conformatieverandering stelt de receptor in staat te complexeren met een specifieke effector IMP (Fig. J, in dit geval een kanaal IMP). Binding van het receptoreiwit (figuur K) veroorzaakt op zijn beurt een conformationele verandering in het effectoreiwit (figuur L, kanaal gaat open). Geactiveerde receptoren kunnen enzymroutes inschakelen, structurele reorganisatie en beweeglijkheid induceren of transport van uniek gepulseerde elektrische signalen en ionen door het membraan activeren.
Processoreiwitten dienen als "multiplex" -apparaten omdat ze de veelzijdigheid van het signaalsysteem kunnen vergroten. Dergelijke eiwitten verbinden receptoren met effector-eiwitten (P in figuur M). Door de proteïnekoppeling van de processor te 'programmeren', kan een verscheidenheid aan inputs worden gekoppeld aan een verscheidenheid aan outputs. Processoreiwitten zorgen voor een groot gedragsrepertoire met een beperkt aantal IMP's.
Effector IMPs zetten receptor-gemedieerde omgevingssignalen om in biologisch gedrag. De outputfunctie van sommige effector-eiwitten vertegenwoordigt mogelijk de volledige omvang van een uitgelokt gedrag. In de meeste gevallen dient de output van effector IMPs echter als een secundair "signaal" dat de cel binnendringt en het gedrag van andere cytoplasmatische eiwitroutes activeert. Geactiveerde effector-eiwitten dienen ook als transcriptiefactoren, signalen die genexpressie opwekken.
Het gedrag van de cel wordt gecontroleerd door de gecombineerde acties van gekoppelde receptoren en effector IMPs. Receptoren zorgen voor 'bewustzijn van de omgeving' en effector-eiwitten zetten dat bewustzijn om in 'fysieke sensatie'. Strikt genomen vertegenwoordigt een receptor-effectorcomplex een fundamentele eenheid van perceptie. Eiwitperceptie-eenheden vormen de basis van biologisch bewustzijn. Percepties 'beheersen' het gedrag van cellen, hoewel een cel in werkelijkheid feitelijk wordt 'gecontroleerd' door overtuigingen, aangezien percepties niet noodzakelijk accuraat hoeven te zijn.
Het celmembraan is een organische informatieverwerker. Het voelt de omgeving aan en zet dat bewustzijn om in "informatie" die de activiteit van eiwitroutes kan beïnvloeden en de expressie van de genen kan controleren. Een beschrijving van de structuur en functie van het membraan luidt als volgt: (A) gebaseerd op de organisatie van de fosfolipidemoleculen, is het membraan een vloeibaar kristal; B) het gereguleerde transport van informatie door de hydrofobe barrière door IMP-effector-eiwitten maakt het membraan tot een halfgeleider; en © het membraan is begiftigd met IMP's die functioneren als poorten (receptoren) en kanalen. Als vloeibaar-kristalhalfgeleider met poorten en kanalen is het membraan een informatieverwerkingstransistor, een organische computerchip.
Elk receptor-effectorcomplex vertegenwoordigt een biologische BIT, een enkele eenheid van perceptie. Hoewel deze hypothese voor het eerst formeel werd gepresenteerd in 1986 (Lipton 1986, Planetary Assoc. For Clean Energy Newsletter 5: 4), is het concept sindsdien technologisch geverifieerd. Cornell en anderen (Nature 1997, 387: 580-584), koppelden een membraan aan een goudfoliesubstraat. Door de elektrolyten tussen het membraan en de folie te regelen, konden ze het openen en sluiten van receptor-geactiveerde kanalen digitaliseren. De cel en een chip zijn homologe structuren.
De cel is een op koolstof gebaseerde "computerchip" die de omgeving leest. Het ‘toetsenbord’ bestaat uit receptoren. Milieu-informatie wordt ingevoerd via de eiwitsleutels. De gegevens worden door effector-eiwitten omgezet in biologisch gedrag. De IMP BIT's dienen als schakelaars die celfuncties en genexpressie reguleren. De kern vertegenwoordigt een "harde schijf" met DNA-gecodeerde software. Recente vorderingen in de moleculaire biologie benadrukken het lees- / schrijfkarakter van deze harde schijf.
Interessant is dat de dikte van het membraan (ongeveer 7.5 nm) wordt bepaald door de afmetingen van de fosfolipide dubbellaag. Omdat membraan IMP's ongeveer 6-8 nm in diameter zijn, kunnen ze alleen een monolaag in het membraan vormen. IMP-eenheden kunnen niet op elkaar worden gestapeld, de toevoeging van meer perceptie-eenheden is direct gekoppeld aan een toename van het membraanoppervlak. Door dit begrip zou evolutie, de uitbreiding van het bewustzijn (dwz de toevoeging van meer IMP's) het meest effectief gemodelleerd worden met behulp van fractale geometrie. De fractale aard van de biologie kan worden waargenomen in de structurele en functionele herhalingen die worden waargenomen tussen de hiërarchie van de cel, meercellige organismen (de mens) en de gemeenschappen van meercellige organismen (menselijke samenleving).
Deze nieuwe perceptie van celcontrolemechanismen bevrijdt ons van de beperkingen van genetisch determinisme. In plaats van zich te gedragen als geprogrammeerde genetische automaten, is biologisch gedrag dynamisch gekoppeld aan de omgeving. Hoewel deze reductionistische benadering het mechanisme van de individuele perceptie-eiwitten heeft benadrukt, benadrukt een goed begrip van het verwerkingsmechanisme de holistische aard van biologische organismen. De uitdrukking van de cel weerspiegelt de herkenning van alle waargenomen prikkels uit de omgeving, zowel fysiek als energetisch. Bijgevolg kan het "Hart van de energetische geneeskunde" echt worden gevonden in de magie van het membraan.