Retipărit din Bridges, 2001 Vol 12(1):5 ISSEEM
Deși un om este compus din peste cincizeci de trilioane de celule, nu există funcții fiziologice în corpurile noastre care să nu fi fost deja preexistente în biologia celulei unice, nucleate (eucariote). Organismele unicelulare, cum ar fi ameba sau parameciul, posedă echivalentele citologice ale unui sistem digestiv, un sistem excretor, un sistem respirator, un sistem musculo-scheletic, un sistem imunitar, un sistem reproducător și un sistem cardiovascular, printre altele. La om, aceste funcții fiziologice sunt asociate cu activitatea unor organe specifice. Aceste procese fiziologice sunt efectuate în celule de sisteme de organe diminuate numite organite.
Viața celulară este susținută prin reglarea strictă a funcțiilor sistemelor fiziologice ale celulei. Exprimarea repertoriilor comportamentale previzibile implică existența unui „sistem nervos” celular. Acest sistem reacționează la stimulii de mediu provocând răspunsuri comportamentale adecvate. Organelele care coordonează ajustările și reacțiile unei celule la mediile sale interne și externe ar reprezenta echivalentul citoplasmatic al „creierului”.
De la ruperea codului genetic la începutul anilor 1950, biologii celulari au favorizat conceptul de determinism genetic, noțiunea că genele „controlează” biologia. Practic, toate genele celulei sunt conținute în cel mai mare organel al celulei, nucleul. Opinia convențională consideră că nucleul este „centrul de comandă” al celulei. Ca atare, nucleul ar reprezenta echivalentul celular al „creierului”.
Determinismul genetic deduce că expresia și soarta unui organism sunt în primul rând „predeterminate” în codul său genetic. Baza genetică a expresiei organismelor este înrădăcinată în științele biologice ca un adevăr consensual, o credință prin care ne încadram referința pentru sănătate și boală. De aici ideea că susceptibilitatea la anumite boli sau expresia unui comportament aberant este în general legată de descendența genetică și, uneori, de mutații spontane. Prin extensie, este, de asemenea, perceput de majoritatea oamenilor de știință că mintea și conștiința umană sunt „codificate” în moleculele sistemului nervos. Aceasta, la rândul său, promovează conceptul că apariția conștiinței reflectă „fantoma din mașină”.
Primatul ADN-ului în influențarea și reglarea comportamentului și evoluției biologice se bazează pe o presupunere nefondată. Un articol fundamental al lui HF Nijhout (BioEssays 1990, 12 (9):441-446) descrie modul în care conceptele privind „controale” și „programele” genetice au fost concepute inițial ca metafore pentru a ajuta la definirea și direcţionarea căilor de cercetare. Repetarea pe scară largă a acestei ipoteze convingătoare pe parcursul a cincizeci de ani a dus la „metafora modelului” să devină „adevărul mecanismului”, în ciuda absenței dovezilor de susținere. Deoarece presupunerea subliniază programul genetic ca „treapta de sus” pe scara de control biologic, genele au dobândit statutul de agenți cauzali în determinarea expresiei și comportamentului biologic (de exemplu, gene care cauzează cancer, alcoolism, chiar criminalitate).
Ideea că nucleul și genele sale sunt „creierul” celulei este o ipoteză insuportabilă și ilogică. Dacă creierul este îndepărtat de la un animal, întreruperea integrării fiziologice ar duce imediat la moartea organismului. Dacă nucleul ar reprezenta cu adevărat creierul celulei, atunci îndepărtarea nucleului ar avea ca rezultat încetarea funcțiilor celulare și moartea imediată a celulei. Cu toate acestea, celulele enucleate experimental pot supraviețui timp de două sau mai multe luni fără gene, și totuși sunt capabile să efectueze răspunsuri complexe la stimuli de mediu și citoplasmatici (Lipton, și colab., Differentiation 1991, 46:117-133). Logica dezvăluie că nucleul nu poate fi creierul celulei!
Studiile asupra celulelor umane clonate m-au condus la conștientizarea faptului că plasmalema celulei, denumită în mod obișnuit membrană celulară, reprezintă „creierul” celulei. Membranele celulare, primul organel biologic care a apărut în evoluție, sunt singurele organele comune fiecărui organism viu. Membranele celulare compartimentează citoplasma, separând-o de capriciile mediului extern. În capacitatea sa de barieră, membrana permite celulei să mențină „controlul” strâns asupra mediului citoplasmatic, o necesitate în desfășurarea reacțiilor biologice. Membranele celulare sunt atât de subțiri încât pot fi observate doar cu ajutorul microscopului electronic. În consecință, existența și expresia universală a structurii membranei a fost clar stabilită doar în jurul anului 1950.
În micrografiile electronice, membrana celulară apare ca o „piele” cu trei straturi (negru-alb-negru) care învelește celula. Simplitatea structurală fundamentală a membranei celulare, care este identică pentru toate organismele biologice, i-a înșelat pe biologii celulari. În cea mai mare parte a ultimilor cincizeci de ani, membrana a fost percepută ca o barieră „pasivă”, semi-permeabilă, asemănătoare cu o „înveliș de plastic” respirabil, a cărei funcție a fost pur și simplu să conțină citoplasma.
Aspectul stratificat al membranei reflectă organizarea blocurilor sale fosfolipide. Aceste molecule în formă de acadea sunt amfipatice, ele posedă atât un cap globular de fosfat polar (Figura A) cât și două picioare nepolare în formă de baston (Figura B). Când sunt agitate în soluție, fosfolipidele se autoasamblează într-un strat dublu cristalin stabilizator (Figura C).
Picioarele lipidice care cuprind miezul membranei asigură o barieră hidrofobă (Figura D) care împarte citoplasma de mediul extern în continuă schimbare. În timp ce integritatea citoplasmatică este menținută de funcția de barieră pasivă a lipidelor, procesele de viață necesită schimbul activ de metaboliți și informații între citoplasmă și mediul înconjurător. Activitățile fiziologice ale plasmalemei sunt mediate de proteinele membranei.
Fiecare dintre cele aproximativ 100,000 de proteine diferite care asigură organismul uman este compusă dintr-un lanț liniar de aminoacizi legați. „Lanțurile” sunt asamblate dintr-o populație de douăzeci de aminoacizi diferiți. Structura și funcția unică a fiecărei proteine sunt definite de secvența specifică de aminoacizi care cuprinde lanțul său. Sintetizate ca un șir liniar, lanțurile de aminoacizi se pliază ulterior în globule tridimensionale unice. Conformația (forma) finală a proteinei reflectă un echilibru al sarcinilor electrice între aminoacizii ei constituenți.
Morfologia tridimensională a proteinelor pliate le înzestrează suprafețele cu crăpături și buzunare cu formă specifică. Moleculele și ionii care posedă forme fizice complementare și sarcini electrice se vor lega de crăpăturile și buzunarele de suprafață ale proteinei cu specificul unui lacăt și cheie. Legarea unei alte molecule modifică distribuția sarcinii electrice a proteinei. Ca răspuns, lanțul de aminoacizi al proteinei se va replia spontan pentru a reechilibra distribuția sarcinii. Replierea modifică conformația proteinei. În trecerea de la o conformație la alta, proteina exprimă mișcare. Mișcările conformaționale ale proteinelor sunt valorificate de celulă pentru a îndeplini funcțiile fiziologice. Munca generată de mișcarea proteinelor este responsabilă pentru „viață”.
Un număr dintre cei douăzeci de aminoacizi care cuprind lanțul proteinei sunt nepolari (hidrofobi, iubitor de uleiuri). Porțiunile hidrofobe ale proteinelor caută stabilitate inserându-se în miezul lipidic al membranei. Porțiunile polare (iubitoare de apă) ale acestor proteine se extind de pe una sau ambele suprafețe acoperite cu apă ale membranei. Proteinele încorporate în membrană sunt numite proteine integrale ale membranei (IMP).
IMP-urile de membrană pot fi subdivizate funcțional în două clase: receptori și efectori. Receptorii sunt dispozitive de intrare care răspund la semnalele de mediu. Efectorii sunt dispozitive de ieșire care activează procesele celulare. O familie de proteine procesoare, situate în citoplasmă de sub membrană, servesc la legarea receptorilor de primire a semnalului cu efectorii care produc acțiune.
Receptorii sunt „antene” moleculare care recunosc semnalele de mediu. Unele antene receptor se extind spre interior de pe fața citoplasmatică a membranei. Acești receptori „citesc” mediul intern și oferă conștientizarea condițiilor citoplasmatice. Alți receptori care se extind de la suprafața exterioară a celulei oferă conștientizarea semnalelor de mediu externe.
Științele biomedicale convenționale susțin că „informația” de mediu poate fi transportată doar de substanța moleculelor (Science 1999, 284:79-109). Conform acestei noțiuni, receptorii recunosc doar „semnele” care completează fizic caracteristicile lor de suprafață. Această credință materialistă este menținută chiar dacă s-a demonstrat amplu că receptorii proteici răspund la frecvențele vibraționale. Printr-un proces cunoscut sub numele de cuplare electroconformațională (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14:89-92), câmpurile de energie vibrațională rezonantă pot modifica echilibrul sarcinilor dintr-o proteină. Într-un câmp energetic armonic, receptorii își vor schimba conformația. În consecință, receptorii de membrană răspund atât la informațiile de mediu fizice, cât și la cele energetice.
Conformația „activată” a unui receptor informează celula despre existența unui semnal. Schimbările în conformația receptorului asigură „conștientizarea” celulară. În conformația sa „activată”, un receptor de recepție a semnalului se poate lega fie de o proteină efectoră care produce funcții specifice, fie de proteina procesor intermediar. Proteinele receptorilor revin la conformația inițială „inactivă” și se desprind de alte proteine atunci când semnalul încetează.
Familia de proteine efectoare reprezintă dispozitive de „ieșire”. Există trei tipuri diferite de efectori, proteine de transport, enzime și proteine citoscheletice. Transportoarele, care includ familia extinsă de canale, servesc la transportul moleculelor și informațiilor de la o parte a barierei membranare la cealaltă. Enzimele sunt responsabile pentru sinteza metabolică și degradarea. Proteinele citoscheletice reglează forma și motilitatea celulelor.
Proteinele efectoare posedă în general două conformații: o configurație activă în care proteina își exprimă funcția; și o conformație „de repaus” în care proteina este inactivă. De exemplu, o proteină canal în conformația sa activă posedă un por deschis prin care ioni sau molecule specifice traversează bariera membranei. La revenirea la o conformație inactivă, replierea proteinei îngustează canalul conducător și fluxul de ioni sau molecule încetează.
Punând toate piesele împreună, oferim o perspectivă asupra modului în care „creierul” celulei procesează informațiile și provoacă comportamentul. Nenumăratele semnale de energie moleculară și radiantă din mediul unei celule creează o cacofonie virtuală de informații. Într-un mod asemănător cu o transformată biologică Fourier, receptorii individuali de suprafață (Fig. H) simt mediul aparent haotic și filtrează frecvențele specifice ca semnale comportamentale. Recepția unui semnal rezonant (Fig. I, săgeată) induce o schimbare conformațională în porțiunea citoplasmatică a receptorului (Fig. I, vârf de săgeată). Această modificare conformațională permite receptorului să se complexeze cu un IMP efector specific (Fig. J, în acest caz un IMP canal). Legarea proteinei receptor (Fig. K) determină, la rândul său, o schimbare conformațională a proteinei efectoare (Fig. L, canalul se deschide). Receptorii activați pot activa căile enzimatice, pot induce reorganizarea structurală și motilitatea sau pot activa transportul semnalelor și ionilor electrici pulsați în mod unic prin membrană.
Proteinele procesorului servesc ca dispozitive „multiplex” prin faptul că pot crește versatilitatea sistemului de semnal. Astfel de proteine interfață receptorii cu proteinele efectoare (P în figura M). Prin „programarea” cuplării proteinelor procesorului, o varietate de intrări pot fi legate cu o varietate de ieșiri. Proteinele procesoare asigură un repertoriu comportamental mare folosind un număr limitat de IMP.
IMP efectoare convertesc semnalele de mediu mediate de receptor în comportament biologic. Funcția de ieșire a unor proteine efectoare ar putea reprezenta întreaga amploare a unui comportament provocat. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, ieșirea IMP-urilor efectoare servește de fapt ca un „semnal” secundar care pătrunde în celulă și activează comportamentul altor căi ale proteinelor citoplasmatice. Proteinele efectoare activate servesc, de asemenea, ca factori de transcripție, semnale care provoacă expresia genelor.
Comportamentul celulei este controlat de acțiunile combinate ale receptorilor cuplati și IMP efectori. Receptorii oferă „conștientizarea mediului”, iar proteinele efectoare transformă acea conștientizare în „senzație fizică”. Prin definiție strictă, un complex receptor-efector reprezintă o unitate fundamentală de percepție. Unitățile de percepție a proteinelor oferă fundația conștiinței biologice. Percepțiile „controlează” comportamentul celulei, deși, în adevăr, o celulă este de fapt „controlată” de credințe, deoarece percepțiile pot să nu fie neapărat exacte.
Membrana celulară este un procesor de informații organic. Sesizează mediul și transformă acea conștientizare în „informații” care pot influența activitatea căilor proteice și pot controla expresia genelor. O descriere a structurii și funcției membranei arată după cum urmează: (A) pe baza organizării moleculelor sale de fosfolipide, membrana este un cristal lichid; B) transportul reglat al informației prin bariera hidrofobă de către proteinele efectoare IMP face ca membrana să fie un semiconductor; și © membrana este înzestrată cu IMP care funcționează ca porți (receptori) și canale. Ca semiconductor cu cristale lichide cu porți și canale, membrana este un tranzistor de procesare a informațiilor, un cip organic de computer.
Fiecare complex receptor-efector reprezintă un BIT biologic, o singură unitate de percepție. Deși această ipoteză a fost prezentată oficial pentru prima dată în 1986 (Lipton 1986, Planetary Assoc. for Clean Energy Newsletter 5:4), conceptul a fost de atunci verificat tehnologic. Cornell şi alţii (Nature 1997, 387:580-584), au legat o membrană de un substrat de folie de aur. Prin controlul electroliților dintre membrană și folie, aceștia au reușit să digitizeze deschiderea și închiderea canalelor activate de receptor. Celula și un cip sunt structuri omoloage.
Celula este un „cip de computer” pe bază de carbon care citește mediul. „Tastatura” sa este compusă din receptori. Informațiile de mediu sunt introduse prin intermediul „cheilor” proteice. Datele sunt transduse în comportament biologic de către proteine efectoare. BIT-urile IMP servesc ca comutatoare care reglează funcțiile celulare și expresia genelor. Nucleul reprezintă un „hard disk” cu software codificat cu ADN. Progresele recente în biologia moleculară subliniază natura de citire/scriere a acestui hard disk.
Interesant este că grosimea membranei (aproximativ 7.5 nm) este fixată de dimensiunile stratului dublu fosfolipidic. Deoarece IMP-urile membranare au un diametru de aproximativ 6-8 nm, ele pot forma doar un monostrat în membrană. Unitățile IMP nu se pot stivui unele peste altele, adăugarea mai multor unități de percepție este direct legată de o creștere a suprafeței membranei. Prin această înțelegere, evoluția, extinderea conștientizării (adică adăugarea de mai multe IMP) ar fi modelate cel mai eficient folosind geometria fractală. Natura fractală a biologiei poate fi observată în reiterările structurale și funcționale observate între ierarhia celulei, organismele pluricelulare (om) și comunitățile de organisme pluricelulare (societatea umană).
Această nouă percepție asupra mecanismelor de control celular ne eliberează de limitările determinismului genetic. În loc să se comporte ca automate genetice programate, comportamentul biologic este legat în mod dinamic de mediu. Deși această abordare reducționistă a evidențiat mecanismul proteinelor percepției individuale, o înțelegere a mecanismului de procesare subliniază natura holistică a organismelor biologice. Expresia celulei reflectă recunoașterea tuturor stimulilor percepuți de mediu, atât fizici, cât și energetici. În consecință, „Inima Medicinei Energetice” poate fi găsită cu adevărat în magia membranei.