Omtryckt från Bridges, 2001 Vol 12 (1): 5 ISSEEM
Även om en människa består av över femtio biljoner celler, finns det inga fysiologiska funktioner i våra kroppar som inte redan fanns i biologin i den enda, kärnformade (eukaryota) cellen. Encelliga organismer, såsom amoeba eller paramecium, har de cytologiska ekvivalenterna i ett matsmältningssystem, ett utsöndringssystem, ett andningsorgan, ett muskuloskeletalt system, ett immunsystem, ett reproduktionssystem och ett kardiovaskulärt system, bland andra. Hos människor är dessa fysiologiska funktioner associerade med aktiviteten hos specifika organ. Samma fysiologiska processer utförs i celler av diminutiva organsystem som kallas organeller.
Cellulär liv upprätthålls genom att tätt reglera funktionerna i cellens fysiologiska system. Uttrycket av förutsägbara beteendemässiga repertoarer innebär att det finns ett cellulärt "nervsystem". Detta system reagerar på miljöstimuli genom att framkalla lämpliga beteendemässiga svar. Organellen som samordnar en cells justeringar och reaktioner till dess interna och externa miljöer skulle representera den cytoplasmiska ekvivalenten av "hjärnan".
Sedan den genetiska koden bryts i början av 1950-talet har cellbiologer gynnat begreppet genetisk determinism, uppfattningen att gener "kontrollerar" biologin. Praktiskt taget alla cellens gener finns i cellens största organell, kärnan. Konventionell åsikt anser att kärnan är cellens "kommandocenter". Som sådan skulle kärnan representera den cellulära motsvarigheten till "hjärnan".
Genetisk determinism drar slutsatsen att en organisms uttryck och öde i första hand är "förutbestämda" i dess genetiska kod. Den genetiska grunden för organismeuttryck är inbyggd i de biologiska vetenskaperna som en samförstånds sanning, en tro som vi ramar in vår referens för hälsa och sjukdom. Därför uppfattas att känsligheten för vissa sjukdomar eller uttrycket av avvikande beteende i allmänhet är kopplad till genetisk härkomst och ibland spontana mutationer. I förlängningen uppfattas det också av en majoritet av forskare att det mänskliga sinnet och medvetandet är "kodade" i nervsystemets molekyler. Detta främjar i sin tur konceptet att uppkomsten av medvetande återspeglar ”spöket i maskinen”.
DNA: s företräde när det gäller att påverka och reglera biologiskt beteende och evolution bygger på ett ogrundat antagande. En banbrytande artikel av HF Nijhout (BioEssays 1990, 12 (9): 441-446) beskriver hur begrepp som rör genetiska "kontroller" och "program" ursprungligen var tänkta som metaforer för att hjälpa till att definiera och styra forskningsvägar. En utbredd upprepning av denna övertygande hypotes under femtio år har resulterat i att ”modellens metafor” har blivit ”mekanismens sanning”, trots frånvaron av underbyggande bevis. Eftersom antagandet betonar det genetiska programmet som ”topplängden” på den biologiska kontrollstegen, har gener förvärvat status som kausala medel vid framkallande av biologiskt uttryck och beteende (t.ex. gener som orsakar cancer, alkoholism, till och med kriminalitet).
Uppfattningen att kärnan och dess gener är cellens "hjärna" är en ohållbar och ologisk hypotes. Om hjärnan avlägsnas från ett djur skulle en störning av den fysiologiska integrationen omedelbart leda till att organismen dör. Om kärnan verkligen representerade cellens hjärna, skulle borttagning av kärnan resultera i upphörande av cellfunktioner och omedelbar celldöd. Experimentellt enucleated celler kan emellertid överleva i två eller flera månader utan gener och är ändå kapabla att åstadkomma komplexa svar på miljö- och cytoplasmatiska stimuli (Lipton, et al., Differentiering 1991, 46: 117-133). Logik avslöjar att kärnan inte kan vara cellens hjärna!
Studier av klonade humana celler ledde mig till medvetenheten om att cellens plasmalemma, vanligen kallat cellmembran, representerar cellens "hjärna". Cellmembran, den första biologiska organellen som dyker upp i evolutionen, är den enda organell som är gemensam för varje levande organism. Cellmembran delar upp cytoplasman och separerar den från vaggarna i den yttre miljön. I sin barriärkapacitet gör membranet det möjligt för cellen att upprätthålla tät “kontroll” över den cytoplasmiska miljön, en nödvändighet för att utföra biologiska reaktioner. Cellmembran är så tunna att de endast kan observeras med hjälp av elektronmikroskopet. Följaktligen fastställdes förekomsten och det universella uttrycket av membranstrukturen först tydligt runt 1950.
I elektronmikrofotografier framträder cellmembranet som en försvinnande tunn (<10 nm), tre-skiktad (svart-vit-svart) "hud" som omsluter cellen. Den grundläggande strukturella enkelheten i cellmembranet, som är identiskt för alla biologiska organismer, lurade cellbiologer. Under större delen av de senaste femtio åren upplevdes membranet som en "passiv", halvgenomtränglig barriär, som liknade ett andningsbart "plastfolie", vars funktion var att helt enkelt innehålla cytoplasman.
Membranets skiktade utseende speglar organisationen av dess fosfolipidbyggstenar. Dessa klubbor-formade molekyler är amfipatiska, de har både ett globalt polärt fosfathuvud (figur A) och två stickliknande icke-polära ben (figur B). När de skakas i lösning monteras fosfolipiderna i ett stabiliserande kristallint dubbelskikt (figur C).
Lipidbenen som innefattar membranets kärna ger en hydrofob barriär (figur D) som skiljer cytoplasman från den ständigt föränderliga yttre miljön. Medan cytoplasmatisk integritet upprätthålls av lipidens passiva barriärfunktion, kräver livsprocesser aktivt utbyte av metaboliter och information mellan cytoplasman och omgivande miljö. De fysiologiska aktiviteterna i plasmalemma förmedlas av membranets proteiner.
Var och en av de cirka 100,000 XNUMX olika proteiner som tillhandahåller människokroppen består av en linjär kedja av länkade aminosyror. "Kedjorna" är sammansatta från en population av tjugo olika aminosyror. Varje proteins unika struktur och funktion definieras av den specifika aminosyrasekvensen som innefattar dess kedja. Syntetiserade som en linjär sträng, viks aminosyrakedjorna därefter till unika tredimensionella globuler. Den slutliga konformationen (formen) av proteinet återspeglar en balans mellan elektriska laddningar bland dess ingående aminosyror.
Den tredimensionella morfologin hos vikta proteiner ger sina ytor speciellt formade spalter och fickor. Molekyler och joner som har kompletterande fysiska former och elektriska laddningar kommer att binda till proteins ytsplitt och fickor med specificiteten hos en lås-och-nyckel. Bindning av en annan molekyl förändrar proteinets elektriska laddningsfördelning. Som svar kommer proteinets aminosyrakedja spontant att återveckas för att balansera laddningsfördelningen. Återvikning förändrar proteinets konformation. Vid övergång från en konformation till en annan uttrycker proteinet rörelse. Proteinkonformationsrörelser utnyttjas av cellen för att utföra fysiologiska funktioner. Arbetet som genereras av proteinrörelser är ansvarigt för ”livet”.
Ett antal av de tjugo aminosyrorna som innehåller proteinkedjan är icke-polära (hydrofoba, oljekärande). De hydrofoba delarna av proteiner söker stabilitet genom att sätta sig in i membranets lipidkärna. De polära (vattenälskande) delarna av dessa proteiner sträcker sig från endera eller båda av membranets vattentäckta ytor. Proteiner som ingår i membranet kallas integrerade membranproteiner (IMP).
IMP för membran kan delas in i två klasser: receptorer och effektorer. Receptorer är ingångsenheter som svarar på miljösignaler. Effektorer är utmatningsenheter som aktiverar cellulära processer. En familj av processorproteiner, som ligger i cytoplasman under membranet, tjänar till att länka signalmottagande receptorer med åtgärdsproducerande effektorer.
Receptorer är molekylära "antenner" som känner igen miljösignaler. Vissa receptorantenner sträcker sig inåt från membranets cytoplasmatiska ansikte. Dessa receptorer "läser" den interna miljön och ger medvetenhet om cytoplasmatiska tillstånd. Andra receptorer som sträcker sig från cellens yttre yta ger medvetenhet om yttre miljösignaler.
Konventionell biomedicinsk vetenskap hävdar att miljöinformation ”endast kan bäras av ämnet i molekyler (Science 1999, 284: 79-109). Enligt denna uppfattning känner receptorer bara igen "signaler" som fysiskt kompletterar deras ytfunktioner. Denna materialistiska tro upprätthålls trots att det har demonstrerats mycket att proteinreceptorer svarar på vibrationsfrekvenser. Genom en process som kallas elektrokonformationskoppling (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14: 89-92) kan resonanta vibrationsenergifält förändra laddningsbalansen i ett protein. I ett harmoniskt energifält kommer receptorer att ändra sin konformation. Följaktligen svarar membranreceptorer på både fysisk och energisk miljöinformation.
En receptors "aktiverade" konformation informerar cellen om en signals existens. Förändringar i receptorkonformation ger cellulär "medvetenhet". I sin "aktiverade" konformation kan en signalmottagande receptor bindas till antingen ett specifikt funktionsproducerande effektorprotein eller till mellanliggande processorprotein. Receptorproteiner återgår till sin ursprungliga "inaktiva" konformation och lossnar från andra proteiner när signalen upphör.
Familjen av effektorproteiner representerar ”utmatningsenheter”. Det finns tre olika typer av effektorer, transportproteiner, enzymer och cytoskeletala proteiner. Transportörer, som inkluderar den omfattande kanalfamiljen, tjänar till att transportera molekyler och information från ena sidan av membranbarriären till den andra. Enzymer är ansvariga för metabolisk syntes och nedbrytning. Cytoskeletala proteiner reglerar form och rörlighet hos celler.
Effektorproteiner har i allmänhet två konformationer: en aktiv konfiguration i vilken proteinet uttrycker sin funktion; och en "vilande" konformation där proteinet är inaktivt. Exempelvis har ett kanalprotein i sin aktiva konformation en öppen por genom vilken specifika joner eller molekyler passerar membranbarriären. Vid återgång till en inaktiv konformation förtränger proteinåtervikning den ledande kanalen och flödet av joner eller molekyler upphör.
Genom att sätta ihop alla bitar ger vi insikt i hur cellens "hjärna" bearbetar information och framkallar beteende. De otaliga molekylära och strålande energisignalerna i en cellmiljö skapar en virtuell kakofoni av information. På ett sätt som liknar en biologisk Fourier-transform känner enskilda ytreceptorer (fig. H) den till synes kaotiska miljön och filtrerar bort specifika frekvenser som beteendesignaler. Mottagande av en resonanssignal (Fig. I, pil) inducerar en konformationsförändring i den cytoplasmiska delen av receptorn (Fig. I, pilspets). Denna konformationsändring gör det möjligt för receptorn att komplexbildas med en specifik effektor IMP (fig. J, i detta fall en kanal IMP). Bindning av receptorproteinet (fig. K) framkallar i sin tur en konformationsförändring i effektorproteinet (fig. L, kanalen öppnas). Aktiverade receptorer kan aktivera enzymvägar, inducera strukturell omorganisation och rörlighet eller aktivera transport av unikt pulserade elektriska signaler och joner över membranet.
Processorproteiner fungerar som "multiplex" -anordningar genom att de kan öka signalsystemets mångsidighet. Sådana proteiner samverkar receptorer med effektorproteiner (P i figur M). Genom att "programmera" processorproteinkoppling kan en mängd olika ingångar kopplas till en mängd olika utgångar. Processorproteiner ger en stor beteendemässig repertoar med ett begränsat antal IMP.
Effekt-IMP omvandlar receptormedierade miljösignaler till biologiskt beteende. Utgångsfunktionen för vissa effektorproteiner kan representera den fulla omfattningen av ett framkallat beteende. I de flesta fall fungerar emellertid produktionen av effektor-IMP som en sekundär "signal" som tränger in i cellen och aktiverar beteendet hos andra cytoplasmiska proteinvägar. Aktiverade effektorproteiner fungerar också som transkriptionsfaktorer, signaler som framkallar genuttryck.
Cellens beteende styrs av de kombinerade verkningarna av kopplade receptorer och effektor-IMP. Receptorer ger "medvetenhet om miljön" och effektorproteiner omvandlar den medvetenheten till "fysisk känsla." Enligt strikt definition representerar ett receptor-effektor-komplex en grundläggande uppfattningsenhet. Proteinuppfattningsenheter utgör grunden för det biologiska medvetandet. Uppfattningar "kontrollerar" cellbeteende, men i själva verket "kontrolleras" en cell faktiskt av övertygelser, eftersom uppfattningar inte nödvändigtvis är korrekta.
Cellmembranet är en organisk informationsprocessor. Det känner av miljön och omvandlar den medvetenheten till ”information” som kan påverka aktiviteten hos proteinvägar och kontrollera generens uttryck. En beskrivning av membranets struktur och funktion lyder som följer: (A) baserat på organisationen av dess fosfolipidmolekyler, är membranet en flytande kristall; B) den reglerade transporten av information över den hydrofoba barriären genom IMP-effektorproteiner gör membranet till en halvledare; och © membranet är utrustat med IMP som fungerar som grindar (receptorer) och kanaler. Som en halvledare med flytande kristaller med grindar och kanaler är membranet en informationsbehandlingstransistor, ett organiskt datorchip.
Varje receptor-effektor-komplex representerar en biologisk BIT, en enda uppfattningsenhet. Även om denna hypotes först presenterades 1986 (Lipton 1986, Planetary Assoc. For Clean Energy Newsletter 5: 4), har konceptet sedan dess verifierats tekniskt. Cornell och andra (Nature 1997, 387: 580-584), kopplade ett membran till ett guldfoliesubstrat. Genom att kontrollera elektrolyterna mellan membranet och folien kunde de digitalisera öppningen och stängningen av receptoraktiverade kanaler. Cellen och ett chip är homologa strukturer.
Cellen är ett kolbaserat ”datorchip” som läser miljön. Dess "tangentbord" består av receptorer. Miljöinformation matas in via dess proteinnycklar. Uppgifterna överförs till biologiskt beteende av effektorproteiner. IMP BIT: erna fungerar som omkopplare som reglerar cellfunktioner och genuttryck. Kärnan representerar en ”hårddisk” med DNA-kodad programvara. Nya framsteg inom molekylärbiologi betonar läs / skriv-karaktären på denna hårddisk.
Intressant är att tjockleken på membranet (ca 7.5 nm) fixeras av dimensioner av fosfolipid-dubbelskiktet. Eftersom membran-IMP är ungefär 6-8 nm i diameter, kan de bara bilda ett monolager i membranet. IMP-enheter kan inte staplas på varandra, tillsatsen av fler perceptionsenheter är direkt kopplad till en ökning av membranytan. Genom denna förståelse skulle evolution, utvidgningen av medvetenhet (dvs. tillägget av fler IMP) modelleras mest effektivt med fraktalgeometri. Biologiens fraktala natur kan observeras i strukturella och funktionella upprepningar observerade bland hierarkin av cellen, flercelliga organismer (människan) och samhällena av flercelliga organismer (det mänskliga samhället).
Denna nya uppfattning om cellkontrollmekanismer befriar oss från begränsningarna av genetisk determinism. I stället för att bete sig som programmerade genetiska automater är biologiskt beteende dynamiskt kopplat till miljön. Även om detta reduktionistiska tillvägagångssätt har belyst mekanismen för de enskilda uppfattningsproteinerna, betonar en förståelse för bearbetningsmekanismen den biologiska organismernas holistiska natur. Cellens uttryck speglar igenkännandet av alla upplevda miljöstimuli, både fysiska och energiska. Följaktligen kan "Heart of Energy Medicine" verkligen hittas i membranets magi.