Gjengitt fra Bridges, 2001 Vol 12 (1): 5 ISSEEM
Selv om et menneske består av over femti billioner celler, er det ingen fysiologiske funksjoner i kroppene våre som ikke allerede var eksisterende i biologien til den eneste, kjernefysiske (eukaryote) cellen. Enkeltcellede organismer, som amoeba eller paramecium, har de cytologiske ekvivalenter av fordøyelsessystemet, et ekskresjonssystem, et luftveier, et muskuloskeletalt system, et immunsystem, et reproduksjonssystem og et kardiovaskulært system, blant andre. Hos mennesker er disse fysiologiske funksjonene assosiert med aktiviteten til spesifikke organer. Disse samme fysiologiske prosessene blir utført i celler av diminutive organsystemer som kalles organeller.
Cellulivet opprettholdes ved å tett regulere funksjonene til cellens fysiologiske systemer. Uttrykket av forutsigbare atferdsrepertoarer innebærer eksistensen av et cellulært "nervesystem". Dette systemet reagerer på miljømessige stimuli ved å fremkalle passende atferdsresponser. Organellen som koordinerer tilpasningene og reaksjonene til en celle til dens indre og ytre miljø, vil representere den cytoplasmiske ekvivalenten til "hjernen".
Siden bruddet på den genetiske koden på begynnelsen av 1950-tallet, har cellebiologer foretrukket begrepet genetisk determinisme, forestillingen om at gener “kontrollerer” biologien. Nesten alle cellens gener er inneholdt i cellens største organelle, kjernen. Konvensjonell mening anser kjernen til å være "kommandosenteret" i cellen. Som sådan ville kjernen representere den cellulære ekvivalenten til "hjernen".
Genetisk determinisme utleder at uttrykk og skjebne til en organisme primært er "forhåndsbestemt" i dens genetiske kode. Det genetiske grunnlaget for organismeuttrykk er inngrodd i de biologiske vitenskapene som en samstemmende sannhet, en tro som vi rammer vår referanse for helse og sykdom. Derfor er forestillingen om at mottakelighet for visse sykdommer eller uttrykk for avvikende oppførsel generelt er knyttet til genetisk avstamning og til tider spontane mutasjoner. I forlengelse av dette oppfattes det også av et flertall forskere at menneskets sinn og bevissthet er "kodet" i molekylene i nervesystemet. Dette fremmer i sin tur konseptet om at bevisstheten dukker opp reflekterer "spøkelsen i maskinen."
Forrang av DNA i å påvirke og regulere biologisk atferd og evolusjon er basert på en ubegrunnet antagelse. En banebrytende artikkel av HF Nijhout (BioEssays 1990, 12 (9): 441-446) beskriver hvordan begreper om genetiske "kontroller" og "programmer" opprinnelig ble oppfattet som metaforer for å definere og lede forskningsveier. Utbredt gjentakelse av denne overbevisende hypotesen i løpet av femti år har resultert i at "modellens metafor" har blitt "mekanismens sannhet", til tross for fraværet av underbyggende bevis. Siden antagelsen understreker det genetiske programmet som "topptrinnet" på den biologiske kontrollstigen, har gener fått status som årsaksmidler i å fremkalle biologisk uttrykk og atferd (f.eks. Gener som forårsaker kreft, alkoholisme, til og med kriminalitet).
Forestillingen om at kjernen og dens gener er "hjernen" i cellen er en uholdbar og ulogisk hypotese. Hvis hjernen fjernes fra et dyr, vil forstyrrelse av fysiologisk integrasjon umiddelbart føre til organismenes død. Hvis kjernen virkelig representerte hjernen i cellen, ville fjerning av kjernen resultere i opphør av cellefunksjoner og umiddelbar celledød. Imidlertid kan eksperimentelt enukleare celler overleve i to eller flere måneder uten gener, og er likevel i stand til å utføre komplekse responser på miljømessige og cytoplasmiske stimuli (Lipton, et al., Differentiering 1991, 46: 117-133). Logikk avslører at kjernen ikke kan være hjernen i cellen!
Studier på klonede humane celler førte meg til bevisstheten om at cellens plasmalemma, ofte referert til som cellemembranen, representerer cellens "hjerne". Cellemembraner, den første biologiske organellen som dukker opp i evolusjonen, er den eneste organellen som er vanlig for hver levende organisme. Cellemembraner komprimerer cytoplasmaet og skiller det fra det ubehagelige i det ytre miljøet. I sin barriereevne gjør membranen at cellen kan opprettholde tett “kontroll” over det cytoplasmatiske miljøet, en nødvendighet for å utføre biologiske reaksjoner. Cellemembraner er så tynne at de bare kan observeres ved hjelp av elektronmikroskopet. Følgelig ble eksistensen og det universelle uttrykket av membranstrukturen bare klart etablert rundt 1950.
I elektronmikrofotografier fremstår cellemembranen som en forsvinnende tynn (<10 nm), tredelt (svart-hvit-svart) "hud" som omslutter cellen. Den grunnleggende strukturelle enkelheten til cellemembranen, som er identisk for alle biologiske organismer, forførte cellebiologer. I det meste av de siste femti årene ble membranen oppfattet som en "passiv", semi-permeabel barriere, som lignet en pustende "plastfolie", hvis funksjon var å bare inneholde cytoplasmaet.
Membranets lagdelte utseende gjenspeiler organiseringen av dets fosfolipidbyggesteiner. Disse lollipopformede molekylene er amfipatiske, de har både et kuleformet polært fosfathode (figur A) og to stokklignende ikke-polære ben (figur B). Når ristet i løsning, fosfolipidene selv montere i et stabiliserende krystallinsk dobbeltlag (figur C).
Lipidbena som inneholder kjernen til membranen gir en hydrofob barriere (figur D) som skiller cytoplasma fra det stadig skiftende ytre miljøet. Mens den cytoplasmatiske integriteten opprettholdes av lipidens passive barrierefunksjon, krever livsprosesser aktiv utveksling av metabolitter og informasjon mellom cytoplasmaet og omgivelsene. De fysiologiske aktivitetene til plasmalemmaet formidles av membranens proteiner.
Hver av de omtrent 100,000 XNUMX forskjellige proteiner som forsyner menneskekroppen består av en lineær kjede av sammenkoblede aminosyrer. "Kjedene" er samlet fra en befolkning på tjue forskjellige aminosyrer. Hvert proteins unike struktur og funksjon er definert av den spesifikke sekvensen av aminosyrer som består av kjeden. Syntetisert som en lineær streng, bretter aminosyrekjedene seg deretter sammen til unike tredimensjonale kuler. Den endelige konformasjonen (formen) til proteinet gjenspeiler en balanse mellom elektriske ladninger blant dets bestandige aminosyrer.
Den tredimensjonale morfologien til brettede proteiner gir overflatene deres spesifikke formede spalter og lommer. Molekyler og ioner som har komplementære fysiske former og elektriske ladninger vil binde seg til proteins overflatesplitter og lommer med spesifikkheten til en lås-og-nøkkel. Binding av et annet molekyl endrer proteinets elektriske ladningsfordeling. Som svar vil proteinets aminosyrekjede spontant gjenfoldes for å balansere ladningsfordelingen. Refolding endrer proteinets konformasjon. Ved å skifte fra en konformasjon til den neste, uttrykker proteinet bevegelse. Proteinkonformasjonsbevegelser utnyttes av cellen for å utføre fysiologiske funksjoner. Arbeidet generert av proteinbevegelse er ansvarlig for "livet".
Et antall av de tjue aminosyrene som inneholder proteinkjeden, er ikke-polare (hydrofobe, oljekjære). De hydrofobe delene av proteiner søker stabilitet ved å sette dem inn i membranens lipidkjerne. De polære (vannelskende) delene av disse proteinene strekker seg fra den ene eller begge av membranens vanndekkede overflater. Proteiner innlemmet i membranen kalles integrerte membranproteiner (IMP).
Membran-IMP kan deles inn i to klasser: reseptorer og effektorer. Reseptorer er inngangsenheter som reagerer på miljøsignaler. Effektorer er utdataenheter som aktiverer mobilprosesser. En familie av prosessorproteiner, som ligger i cytoplasmaet under membranen, tjener til å koble signalmottakende reseptorer med handlingsproduserende effektorer.
Reseptorer er molekylære "antenner" som gjenkjenner miljøsignaler. Noen reseptorantenner strekker seg innover fra membranens cytoplasmatiske ansikt. Disse reseptorene "leser" det indre miljøet og gir bevissthet om cytoplasmatiske forhold. Andre reseptorer som strekker seg fra cellens ytre overflate, gir bevissthet om eksterne miljøsignaler.
Konvensjonelle biomedisinske vitenskaper hevder at miljøinformasjon bare kan bæres av stoffet i molekyler (Science 1999, 284: 79-109). I følge denne oppfatningen gjenkjenner reseptorer bare "signaler" som fysisk utfyller deres overflateegenskaper. Denne materialistiske troen opprettholdes selv om det er godt demonstrert at proteinreseptorer reagerer på vibrasjonsfrekvenser. Gjennom en prosess kjent som elektrokonformasjonskobling (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14: 89-92), kan resonante vibrasjonsenergifelt endre ladningsbalansen i et protein. I et harmonisk energifelt vil reseptorer endre konformasjonen. Følgelig reagerer membranreseptorer på både fysisk og energisk miljøinformasjon.
En reseptors “aktiverte” konformasjon informerer cellen om signalets eksistens. Endringer i reseptorkonformasjon gir mobil "bevissthet". I sin “aktiverte” konformasjon kan en signalmottakende reseptor binde seg til enten et spesifikt funksjonsproduserende effektorprotein eller til mellomliggende prosessorprotein. Reseptorproteiner går tilbake til sin opprinnelige "inaktive" konformasjon og løsner seg fra andre proteiner når signalet opphører.
Familien med effektorproteiner representerer "output" -enheter. Det er tre forskjellige typer effektorer, transportproteiner, enzymer og cytoskeletale proteiner. Transportører, som inkluderer den omfattende familien av kanaler, tjener til å transportere molekyler og informasjon fra den ene siden av membranbarrieren til den andre. Enzymer er ansvarlige for metabolsk syntese og nedbrytning. Cytoskeletale proteiner regulerer formen og motiliteten til celler.
Effektorproteiner har generelt to konformasjoner: en aktiv konfigurasjon der proteinet uttrykker sin funksjon; og en "hvilende" konformasjon der proteinet er inaktivt. For eksempel har et kanalprotein i sin aktive konformasjon en åpen pore gjennom hvilken spesifikke ioner eller molekyler krysser membranbarrieren. Når du går tilbake til en inaktiv konformasjon, begrenser proteinrefolding den ledende kanalen, og strømmen av ioner eller molekyler opphører.
Når vi setter sammen alle delene, får vi innsikt i hvordan cellens “hjerne” behandler informasjon og fremkaller atferd. De utallige molekylære og strålende energisignalene i cellens miljø skaper en virtuell kakofoni av informasjon. På en måte som ligner en biologisk Fourier-transformasjon, fornemmer individuelle overflatereseptorer (fig. H) det tilsynelatende kaotiske miljøet og filtrerer ut spesifikke frekvenser som atferdssignaler. Mottak av et resonanssignal (fig. I, pil) induserer en konformasjonsendring i den cytoplasmatiske delen av reseptoren (fig. I, pilspiss). Denne konformasjonsendringen gjør at reseptoren kan kompleksisere seg med en spesifikk effektor IMP (fig. J, i dette tilfellet en kanal IMP). Binding av reseptorproteinet (fig. K) fremkaller i sin tur en konformasjonsendring i effektorproteinet (fig. L, kanalen åpnes). Aktiverte reseptorer kan slå på enzymveier, indusere strukturell omorganisering og motilitet eller aktivere transport av unikt pulserte elektriske signaler og ioner over membranen.
Prosessorproteiner fungerer som “multiplex” -enheter ved at de kan øke allsidigheten til signalsystemet. Slike proteiner grensesnittreseptorer med effektorproteiner (P i figur M). Ved å "programmere" prosessorproteinkobling kan en rekke innganger kobles til en rekke utganger. Prosessorproteiner sørger for et stort atferdsrepertoar ved bruk av et begrenset antall IMP.
Effector IMP konverterer reseptormedierte miljøsignaler til biologisk oppførsel. Utgangsfunksjonen til noen effektorproteiner kan representere den fulle omfanget av en fremkalt oppførsel. Imidlertid fungerer i de fleste tilfeller utgangen fra effektor-IMP faktisk som et sekundært "signal" som trenger inn i cellen og aktiverer oppførselen til andre cytoplasmatiske proteinveier. Aktiverte effektorproteiner fungerer også som transkripsjonsfaktorer, signaler som fremkaller genuttrykk.
Oppførselen til cellen kontrolleres av de kombinerte handlingene til koblede reseptorer og effektor-IMP. Reseptorer gir "bevissthet om miljøet" og effektorproteiner omdanner den bevisstheten til "fysisk følelse." Etter streng definisjon representerer et reseptor-effektor-kompleks en grunnleggende oppfatningsenhet. Proteinoppfattelsesenheter gir grunnlaget for biologisk bevissthet. Oppfatninger "kontrollerer" celleoppførsel, men i sannhet blir en celle faktisk "kontrollert" av tro, siden oppfatninger ikke nødvendigvis er nøyaktige.
Cellemembranen er en organisk informasjonsprosessor. Den registrerer miljøet og omdanner den bevisstheten til "informasjon" som kan påvirke aktiviteten til proteinveier og kontrollere genuttrykk. En beskrivelse av membranens struktur og funksjon lyder som følger: (A) basert på organiseringen av dets fosfolipidmolekyler, er membranen en flytende krystall; B) den regulerte transporten av informasjon over den hydrofobe barrieren av IMP-effektorproteiner gjør membranen til en halvleder; og © membranen er utstyrt med IMPer som fungerer som porter (reseptorer) og kanaler. Som en flytende krystall halvleder med porter og kanaler er membranen en informasjonsbehandlingstransistor, en organisk databrikke.
Hvert reseptor-effektor-kompleks representerer en biologisk BIT, en enkelt oppfatningsenhet. Selv om denne hypotesen først ble presentert i 1986 (Lipton 1986, Planetary Assoc. For Clean Energy Newsletter 5: 4), har konseptet siden blitt teknologisk verifisert. Cornell og andre (Nature 1997, 387: 580-584), koblet en membran til et gullfoliesubstrat. Ved å kontrollere elektrolyttene mellom membranen og folien, var de i stand til å digitalisere åpning og lukking av reseptoraktiverte kanaler. Cellen og en brikke er homologe strukturer.
Cellen er en karbonbasert "datamaskinbrikke" som leser miljøet. Dens "tastatur" består av reseptorer. Miljøinformasjon legges inn via proteinets "nøkler". Dataene blir transdusert til biologisk oppførsel av effektorproteiner. IMP BITs fungerer som brytere som regulerer cellefunksjoner og genuttrykk. Kjernen representerer en “harddisk” med DNA-kodet programvare. Nylige fremskritt innen molekylærbiologi understreker lese / skrive-naturen til denne harddisken.
Interessant er tykkelsen på membranen (ca. 7.5 nm) festet av dimensjonene til fosfolipid dobbeltlaget. Siden IMP-er for membraner er omtrent 6-8 nm i diameter, kan de bare danne et monolag i membranen. IMP-enheter kan ikke stables på hverandre, og tilsetning av flere oppfatningsenheter er direkte knyttet til en økning i membranoverflaten. Ved denne forståelsen vil evolusjon, utvidelse av bevissthet (dvs. tilsetning av moreIMPs) mest effektivt modelleres ved bruk av fraktal geometri. Biologiens fraktale natur kan observeres i strukturelle og funksjonelle gjentakelser observert blant hierarkiet til cellen, flercellede organismer (mennesket) og samfunnene av flercellede organismer (det menneskelige samfunn).
Denne nye oppfatningen av cellekontrollmekanismer frigjør oss fra begrensningene til genetisk determinisme. I stedet for å oppføre seg som programmerte genetiske automater, er biologisk atferd dynamisk knyttet til miljøet. Selv om denne reduksjonistiske tilnærmingen har fremhevet mekanismen til individuelle persepsjonsproteiner, understreker forståelsen av prosesseringsmekanismen den helhetlige naturen til biologiske organismer. Uttrykket av cellen gjenspeiler anerkjennelsen av alle opplevde miljømessige stimuli, både fysiske og energiske. Følgelig kan “Heart of Energy Medicine” virkelig bli funnet i membranens magi.