Przedruk z Bridges, 2001, tom 12 (1): 5 ISSEEM
Chociaż człowiek składa się z ponad pięćdziesięciu bilionów komórek, w naszym ciele nie ma funkcji fizjologicznych, które nie istniałyby wcześniej w biologii pojedynczej, jądrzastej (eukariotycznej) komórki. Organizmy jednokomórkowe, takie jak ameba czy pantofelek, posiadają cytologiczne odpowiedniki między innymi układu pokarmowego, wydalniczego, oddechowego, mięśniowo-szkieletowego, odpornościowego, rozrodczego i sercowo-naczyniowego. U ludzi te funkcje fizjologiczne są związane z aktywnością określonych narządów. Te same procesy fizjologiczne są przeprowadzane w komórkach przez maleńkie układy narządów zwane organellami.
Życie komórkowe jest podtrzymywane przez ścisłą regulację funkcji systemów fizjologicznych komórki. Wyrażanie przewidywalnych repertuarów behawioralnych implikuje istnienie komórkowego „układu nerwowego”. System ten reaguje na bodźce środowiskowe, wywołując odpowiednie reakcje behawioralne. Organelle, które koordynują dostosowania i reakcje komórki na jej wewnętrzne i zewnętrzne środowisko, reprezentują cytoplazmatyczny odpowiednik „mózgu”.
Od czasu złamania kodu genetycznego na początku lat pięćdziesiątych biolodzy zajmujący się komórkami faworyzowali koncepcję determinizmu genetycznego, pogląd, że geny „kontrolują” biologię. Praktycznie wszystkie geny komórki są zawarte w największej organelli komórkowej, jądrze. Obiegowa opinia uważa jądro za „centrum dowodzenia” komórki. Jako takie, jądro reprezentowałoby komórkowy odpowiednik „mózgu”.
Determinizm genetyczny wnioskuje, że ekspresja i los organizmu są przede wszystkim „z góry określone” w jego kodzie genetycznym. Genetyczne podstawy ekspresji organizmów są zakorzenione w naukach biologicznych jako zgodna prawda, przekonanie, według którego określamy nasze odniesienia do zdrowia i choroby. Stąd pogląd, że podatność na pewne choroby lub ekspresję odbiegających od normy zachowań jest generalnie związana z pochodzeniem genetycznym, a czasami ze spontanicznymi mutacjami. Co za tym idzie, większość naukowców dostrzega również, że ludzki umysł i świadomość są „zakodowane” w cząsteczkach układu nerwowego. To z kolei promuje koncepcję, że pojawienie się świadomości odzwierciedla „ducha w maszynie”.
Prymat DNA we wpływaniu i regulowaniu zachowania biologicznego i ewolucji opiera się na nieuzasadnionym założeniu. Przełomowy artykuł HF Nijhouta (BioEssays 1990, 12 (9):441-446) opisuje, w jaki sposób koncepcje dotyczące genetycznych „kontroli” i „programów” zostały pierwotnie pomyślane jako metafory pomagające zdefiniować i ukierunkować kierunki badań. Powszechne powtarzanie tej przekonującej hipotezy przez pięćdziesiąt lat doprowadziło do tego, że „metafora modelu” stała się „prawdą mechanizmu”, pomimo braku rzeczowych dowodów potwierdzających. Ponieważ założenie kładzie nacisk na program genetyczny jako „najwyższy szczebel” drabiny kontroli biologicznej, geny uzyskały status czynników sprawczych w wywoływaniu biologicznej ekspresji i zachowania (np. geny powodujące raka, alkoholizm, a nawet przestępczość).
Pogląd, że jądro i jego geny są „mózgiem” komórki, jest hipotezą nie do utrzymania i nielogiczną. Jeśli mózg zostanie usunięty ze zwierzęcia, zakłócenie integracji fizjologicznej natychmiast doprowadzi do śmierci organizmu. Gdyby jądro naprawdę reprezentowało mózg komórki, usunięcie jądra spowodowałoby ustanie funkcji komórki i natychmiastową śmierć komórki. Jednak eksperymentalnie wyłuszczone komórki mogą przetrwać dwa lub więcej miesięcy bez genów, a mimo to są zdolne do wywoływania złożonych odpowiedzi na bodźce środowiskowe i cytoplazmatyczne (Lipton i in., Differentiation 1991, 46:117-133). Logika podpowiada, że jądro nie może być mózgiem komórki!
Badania nad sklonowanymi ludzkimi komórkami uświadomiły mi, że plazmalema komórki, powszechnie nazywana błoną komórkową, reprezentuje „mózg” komórki. Błony komórkowe, pierwsze biologiczne organelle pojawiające się w ewolucji, są jedynymi organellami wspólnymi dla każdego żywego organizmu. Błony komórkowe dzielą cytoplazmę na przedziały, oddzielając ją od kaprysów środowiska zewnętrznego. Błona jako bariera umożliwia komórce zachowanie ścisłej „kontroli” nad środowiskiem cytoplazmatycznym, co jest niezbędne do przeprowadzania reakcji biologicznych. Błony komórkowe są tak cienkie, że można je obserwować jedynie pod mikroskopem elektronowym. W związku z tym istnienie i uniwersalna ekspresja struktury błony została jasno ustalona dopiero około 1950 roku.
Na zdjęciach z mikroskopu elektronowego błona komórkowa wygląda jak znikomo cienka (<10 nm), trójwarstwowa (czarno-biało-czarna) „skóra” otaczająca komórkę. Podstawowa strukturalna prostota błony komórkowej, która jest identyczna dla wszystkich organizmów biologicznych, omamiła biologów zajmujących się komórkami. Przez większość ostatnich pięćdziesięciu lat membrana była postrzegana jako „pasywna”, półprzepuszczalna bariera, przypominająca oddychającą „plastikową folię”, której funkcją było po prostu zatrzymywanie cytoplazmy.
Warstwowy wygląd błony odzwierciedla organizację jej fosfolipidowych bloków budulcowych. Te cząsteczki w kształcie lizaka są amfipatyczne, posiadają zarówno globularną polarną główkę fosforanową (ryc. A), jak i dwie niepolarne nogi przypominające patyki (ryc. B). Po wstrząśnięciu w roztworze fosfolipidy samoorganizują się w stabilizującą krystaliczną dwuwarstwę (ryc. C).
Nóżki lipidowe zawierające rdzeń błony zapewniają barierę hydrofobową (ryc. D), która oddziela cytoplazmę od ciągle zmieniającego się środowiska zewnętrznego. Podczas gdy integralność cytoplazmatyczna jest utrzymywana przez bierną funkcję barierową lipidów, procesy życiowe wymagają aktywnej wymiany metabolitów i informacji między cytoplazmą a otaczającym środowiskiem. W czynnościach fizjologicznych plazmalemmy pośredniczą białka błony.
Każde z około 100,000 XNUMX różnych białek dostarczanych organizmowi ludzkiemu składa się z liniowego łańcucha połączonych aminokwasów. „Łańcuchy” składają się z populacji dwudziestu różnych aminokwasów. Unikalna struktura i funkcja każdego białka jest określona przez specyficzną sekwencję aminokwasów tworzących jego łańcuch. Zsyntetyzowane jako liniowy łańcuch łańcuchy aminokwasów składają się następnie w unikalne trójwymiarowe globule. Końcowa konformacja (kształt) białka odzwierciedla równowagę ładunków elektrycznych między jego składowymi aminokwasami.
Trójwymiarowa morfologia pofałdowanych białek nadaje ich powierzchniom specjalnie ukształtowane szczeliny i kieszenie. Cząsteczki i jony posiadające komplementarne kształty fizyczne i ładunki elektryczne będą wiązać się ze szczelinami i kieszeniami na powierzchni białka ze specyficznością zamka i klucza. Wiązanie innej cząsteczki zmienia rozkład ładunku elektrycznego białka. W odpowiedzi łańcuch aminokwasowy białka spontanicznie ponownie się fałduje, aby przywrócić równowagę rozkładu ładunku. Ponowne fałdowanie zmienia konformację białka. Przechodząc od jednej konformacji do drugiej, białko wyraża ruch. Ruchy konformacyjne białek są wykorzystywane przez komórkę do wykonywania funkcji fizjologicznych. Praca generowana przez ruch białek jest odpowiedzialna za „życie”.
Szereg z dwudziestu aminokwasów składających się na łańcuch białka jest niepolarnych (hydrofobowych, olejolubnych). Hydrofobowe części białek szukają stabilności, wkładając się w rdzeń lipidowy błony. Polarne (lubiące wodę) części tych białek rozciągają się od jednej lub obu pokrytych wodą powierzchni membrany. Białka wbudowane w błonę nazywane są integralnymi białkami błonowymi (IMP).
IMP błonowe można funkcjonalnie podzielić na dwie klasy: receptory i efektory. Receptory to urządzenia wejściowe, które reagują na sygnały środowiskowe. Efektory to urządzenia wyjściowe, które aktywują procesy komórkowe. Rodzina białek procesorowych, zlokalizowana w cytoplazmie pod błoną, służy do łączenia receptorów odbierających sygnał z efektorami wywołującymi działanie.
Receptory to molekularne „anteny”, które rozpoznają sygnały środowiskowe. Niektóre anteny receptorowe rozciągają się do wewnątrz od powierzchni cytoplazmatycznej błony. Receptory te „odczytują” środowisko wewnętrzne i zapewniają świadomość warunków cytoplazmatycznych. Inne receptory wystające z zewnętrznej powierzchni komórki zapewniają świadomość zewnętrznych sygnałów środowiskowych.
Konwencjonalne nauki biomedyczne utrzymują, że „informacja” środowiskowa może być przenoszona tylko przez substancję cząsteczek (Science 1999, 284:79-109). Zgodnie z tą koncepcją receptory rozpoznają tylko „sygnały”, które fizycznie uzupełniają cechy ich powierzchni. To materialistyczne przekonanie jest podtrzymywane, mimo że obszernie wykazano, że receptory białkowe reagują na częstotliwości wibracyjne. Poprzez proces znany jako sprzężenie elektrokonformacyjne (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14:89-92), rezonansowe pola energii wibracyjnej mogą zmienić równowagę ładunków w białku. W harmonicznym polu energii receptory zmienią swoją konformację. W konsekwencji receptory błonowe reagują zarówno na fizyczne, jak i energetyczne informacje środowiskowe.
„Aktywowana” konformacja receptora informuje komórkę o istnieniu sygnału. Zmiany w konformacji receptora zapewniają komórkową „świadomość”. W swojej „aktywowanej” konformacji receptor odbierający sygnał może wiązać się albo z białkiem efektorowym wytwarzającym specyficzną funkcję, albo z pośredniczącym białkiem procesorowym. Białka receptorowe powracają do swojej pierwotnej „nieaktywnej” konformacji i odłączają się od innych białek, gdy sygnał ustaje.
Rodzina białek efektorowych reprezentuje urządzenia „wyjściowe”. Istnieją trzy różne typy efektorów, białek transportowych, enzymów i białek cytoszkieletu. Transportery, które obejmują rozległą rodzinę kanałów, służą do przenoszenia cząsteczek i informacji z jednej strony bariery membranowej na drugą. Enzymy są odpowiedzialne za syntezę metaboliczną i degradację. Białka cytoszkieletu regulują kształt i ruchliwość komórek.
Białka efektorowe mają na ogół dwie konformacje: aktywną konfigurację, w której białko wyraża swoją funkcję; oraz konformacja „spoczynkowa”, w której białko jest nieaktywne. Na przykład białko kanałowe w swojej aktywnej konformacji ma otwarte pory, przez które określone jony lub cząsteczki przechodzą przez barierę membranową. Powracając do nieaktywnej konformacji, ponowne fałdowanie białka zwęża kanał przewodzący i przepływ jonów lub cząsteczek ustaje.
Łącząc wszystkie elementy w całość, uzyskujemy wgląd w to, w jaki sposób „mózg” komórki przetwarza informacje i wywołuje zachowanie. Niezliczone sygnały energii molekularnej i promienistej w środowisku komórki tworzą wirtualną kakofonię informacji. W sposób przypominający biologiczną transformatę Fouriera poszczególne receptory powierzchniowe (ryc. H) wyczuwają pozornie chaotyczne środowisko i odfiltrowują określone częstotliwości jako sygnały behawioralne. Odbiór sygnału rezonansowego (ryc. I, strzałka) indukuje zmianę konformacyjną w cytoplazmatycznej części receptora (ryc. I, grot strzałki). Ta zmiana konformacyjna umożliwia receptorowi kompleksowanie się z określonym efektorowym IMP (ryc. J, w tym przypadku IMP kanałowy). Wiązanie białka receptora (ryc. K) z kolei wywołuje zmianę konformacyjną w białku efektorowym (ryc. L, otwarcie kanału). Aktywowane receptory mogą włączać szlaki enzymatyczne, indukować reorganizację strukturalną i ruchliwość lub aktywować transport wyjątkowo impulsowych sygnałów elektrycznych i jonów przez błonę.
Białka procesorowe służą jako urządzenia „multipleksowe”, ponieważ mogą zwiększyć wszechstronność systemu sygnałowego. Takie białka łączą receptory z białkami efektorowymi (P na rycinie M). Poprzez „programowanie” sprzęgania białek procesora, różne wejścia mogą być łączone z różnymi wyjściami. Białka procesorowe zapewniają duży repertuar behawioralny przy użyciu ograniczonej liczby IMP.
Efektorowe IMP przekształcają sygnały środowiskowe, w których pośredniczą receptory, w zachowanie biologiczne. Funkcja wyjściowa niektórych białek efektorowych może reprezentować pełny zakres wywołanego zachowania. Jednak w większości przypadków wyjście efektorowych IMP faktycznie służy jako wtórny „sygnał”, który penetruje komórkę i aktywuje zachowanie innych cytoplazmatycznych szlaków białkowych. Aktywowane białka efektorowe służą również jako czynniki transkrypcyjne, sygnały wywołujące ekspresję genów.
Zachowanie komórki jest kontrolowane przez połączone działania sprzężonych receptorów i efektorowych IMP. Receptory zapewniają „świadomość otoczenia”, a białka efektorowe przekształcają tę świadomość w „doznania fizyczne”. Ze ścisłej definicji kompleks receptor-efektor reprezentuje podstawową jednostkę percepcji. Jednostki percepcji białka stanowią podstawę świadomości biologicznej. Postrzeganie „kontroluje” zachowanie komórki, chociaż tak naprawdę komórka jest „kontrolowana” przez przekonania, ponieważ postrzeganie niekoniecznie musi być dokładne.
Błona komórkowa jest organicznym procesorem informacji. Wyczuwa środowisko i przekształca tę świadomość w „informacje”, które mogą wpływać na aktywność szlaków białkowych i kontrolować ekspresję genów. Opis struktury i funkcji błony brzmi następująco: (A) w oparciu o organizację cząsteczek fosfolipidów, błona jest ciekłym kryształem; B) regulowany transport informacji przez barierę hydrofobową przez białka efektorowe IMP czyni błonę półprzewodnikową; i © błona jest wyposażona w IMP, które działają jako bramki (receptory) i kanały. Jako ciekłokrystaliczny półprzewodnik z bramkami i kanałami, membrana jest tranzystorem przetwarzającym informacje, organicznym chipem komputerowym.
Każdy kompleks receptor-efektor reprezentuje biologiczny BIT, pojedynczą jednostkę percepcji. Chociaż hipoteza ta została po raz pierwszy formalnie przedstawiona w 1986 r. (Lipton 1986, Planetary Assoc. for Clean Energy Newsletter 5:4), koncepcja ta została od tego czasu zweryfikowana technologicznie. Cornell i inni (Nature 1997, 387:580-584) połączyli membranę z podłożem ze złotej folii. Kontrolując elektrolity między membraną a folią, byli w stanie zdigitalizować otwieranie i zamykanie kanałów aktywowanych przez receptory. Komórka i chip są strukturami homologicznymi.
Ogniwo jest opartym na węglu „chipem komputerowym”, który odczytuje otoczenie. Jego „klawiatura” składa się z receptorów. Informacje o środowisku są wprowadzane za pomocą „kluczy” białkowych. Dane są przekształcane w zachowanie biologiczne przez białka efektorowe. BITy IMP służą jako przełączniki regulujące funkcje komórek i ekspresję genów. Jądro reprezentuje „dysk twardy” z oprogramowaniem zakodowanym w DNA. Ostatnie postępy w biologii molekularnej podkreślają charakter odczytu/zapisu tego dysku twardego.
Co ciekawe, grubość błony (około 7.5 nm) jest ustalona przez wymiary dwuwarstwy fosfolipidowej. Ponieważ IMP błony mają średnicę około 6-8 nm, mogą tworzyć tylko monowarstwę w błonie. Jednostki IMP nie mogą układać się jedna na drugiej, dodanie większej liczby jednostek percepcyjnych jest bezpośrednio związane ze wzrostem powierzchni błony. Przy takim zrozumieniu ewolucja, ekspansja świadomości (tj. dodanie większej liczby IMP) byłaby najskuteczniej modelowana za pomocą geometrii fraktalnej. Fraktalny charakter biologii można zaobserwować w powtórzeniach strukturalnych i funkcjonalnych obserwowanych wśród hierarchii komórki, organizmów wielokomórkowych (człowiek) i społeczności organizmów wielokomórkowych (społeczeństwo ludzkie).
To nowe spojrzenie na mechanizmy kontroli komórkowej uwalnia nas od ograniczeń determinizmu genetycznego. Zamiast zachowywać się jak zaprogramowane automaty genetyczne, zachowanie biologiczne jest dynamicznie powiązane ze środowiskiem. Chociaż to redukcjonistyczne podejście uwydatniło mechanizm poszczególnych białek percepcji, zrozumienie mechanizmu przetwarzania podkreśla holistyczną naturę organizmów biologicznych. Ekspresja komórki odzwierciedla rozpoznawanie wszystkich postrzeganych bodźców środowiskowych, zarówno fizycznych, jak i energetycznych. W konsekwencji „Serce Medycyny Energetycznej” naprawdę można znaleźć w magii membrany.