ДЕ ЗАХОВАНО КЛЮЧ ДО РОЗУМІННЯ ЖИВОЇ ПРИРОДИ?

Авторитетний біолог і медик доктор Брюс Ліптон просто і доступно роз’яснює основні принципи «біології переконань – хто управляє свідомістю клітин».

«Очевидно, людина володіє високо розвинутої нервової системою і сприймає світ більш складним образом, ніж клітина. Тому у людини й є можливість будувати необхідні їй взаємовідносини з навколишнім світом, на відміну від клітин, у яких сприйняття є рефлексивне. Добре відомо, що знання – сила. І наша сила – знати себе!»

Брюс Ліптон

ДЕ ЗАХОВАНО КЛЮЧ ДО РОЗУМІННЯ ЖИВОЇ ПРИРОДИ?

Якщо забезпечити здорове середовище клітинам – вони починають благополучно рости, ледве стан середовища погіршується, то й їх ріст призупиняється. Як тільки знов покращився, то й «занімогши» клітини знов «приходили в себе». Тобто саме в живильному середовищі переховується ключ до уявлення природи усього живого! Гасло «Затишне середовище – головне» – повинно висіти над робочими столами усіх цитоекологів* (біологів).

Більшість цитоекологів не звертають уваги на подібні тонкощі культивованої техніки. Після відкриття Уотсоном і Кріком генетичного коду ДНК, вчені не зважають на вплив навколишнього середовища. Однак, сам Чарльз Дарвін наприкінці свого життя визнав свою помилку. 1876 року він писав Морицу Вагнеру: «На мою думку, моєю великою помилкою є те, що я не уявляв достатнього значення безпосереднього впливу навколишнього середовища, тобто їжі, клімату та т. і. незалежно від природного відбору… Під час написання «Походження видів» і наступні роки я не бачив надійних доказів прямого впливу середовища, але зараз подібні докази є багаточисельними». (Darwin, F 1888)

Вчені – послідовники Дарвіна теж недооцінюють роль середовища, що призводить до генетичного детермінізму – переконанню, наче гени «управляють» усім живим, що перекручує наше уявлення про життя. Виходить, гени, отримані від батьків, надають можливість оголосити себе жертвою спадковості. Мільйони людей винуватять в своєму негарному самопочуванні ні поєднання розумових, фізичних, емоційних і духовних причин, але порушення біохімічної механіки свого організму. Лікарі віддають перевагу виписати ліки для виправлення «хімічного дисбалансу», замість проаналізувати і зрозуміти, що відбувається з тілом, свідомістю і духом. (захворювання, зумовлені дефектним геном, зустрічаються менш ніж у 2% населення).

Треба розрізняти відношення і зумовленість щодо захворювання (недомагання), перше – це те, що ми про нього думаємо, як відносимося, і друге – зумовлять його або слугувати причиною і здійснювати спрямований, керуючий вплив. Наприклад, ключ запалення має відношення до керування автомобілем, але керує ним людина. Тобто, певні гени пов’язані з тими або іншими пат-тернами поведінки організму і його характеристиками – але ці гени не активуються доки щось не призведе їх до дії.

То що призводить до дії гени? Ще 1990 року Фредерік Ніджхаут в статті «Метафори і роль генів в розвитку організмів» (Nijhout 1990) наголошував, що ця ідея, що гени управляють усіма живими організмами висказувалася так часто і довготривале, що вчені забули про те, що це є лише гіпотеза, але ніяк не наукова істина і «всевладдя генів» – лише популярна в суспільстві метафора*. Ніджхаут констатує в статті висновок: «Коли для гену виникає необхідність, то його експресію* активує сигнал, який надходить із навколишнього середовища, але зовсім не будь-яка характеристика, яка несподівано-раптово виникає в самому гені».

БІЛОК: БУДІВЕЛЬНИЙ МАТЕРІАЛ ЖИВОГО

Чому метафора про всевладдя генів захопила науковців і суспільство?

По-перше, в свій час хіміки-органіки визначили, що клітини збираються з великих молекул 4-х типів: полісахаридів (складних цукрів,), ліпідів (жирів), нуклеїнових кислот (ДНК і РНК) і білків. Найбільш важливим компонентом для клітин є білки, хоча клітині необхідні усі чотири типу молекул. По суті, клітини – це споруди із ста тисяч «білкових цеглин».

По-друге, кожен білок – це лінійний ланцюжок пов’язаних один з одним молекул нуклеїнових кислот – на зразок намисту на втулках(візьмемо до уваги, що насправді, молекули кожної амінокислоти декілька відрізняються одна від одної). Структура амінокислотного ланцюга в білках нагадує хребет змії, який може витягуватися струною і згортатися в кульку.

«Бусини» в намисті білка – це молекули однієї з двадцяти амінокислот, які використовують клітини

Що її витягує і що згортає?

Завдяки гнучкому з’єднанню (пептидним зв’язкам) між амінокислотами в білкової «змійки» білки можуть набирати безліч форм. Форма, в якої опиниться така «змійка» залежить, переважно від 2-х факторів: 1. Фізична структура білка у вигляді послідовно пов’язаних між собою бусинок-амінокислот; 2. Взаємодія позитивного –додатного (фізичний і математичній терміни) і негативного-від’ємного електричних зарядів, які утворюються на кінцях пов’язаних між собою амінокислот.

Білкові каркаси(схематично) на рис. А і В мають одну і туж послідовність амінокислот (трубчатих сегментів), але значно відрізняються за формою. Варіації форми амінокислоти виникають із-за повороту сусідніх сегментів в місцях з’єднання одна з одної. Різні по формі амінокислоти повертаються відносно цих місць з’єднання (пептидних з’вязків), внаслідок чого амінокислотний каркас здатний крутиться – «зміїться». Форма білків зазвичай приймає 2-3 конкретні конфігурації. Питання: чому білок віддає перевагу однієї з цих конфігурацій – А або В? Для відповіді на питання необхідно звернути увагу на заряд 2-х крайніх амінокислот на своїх кінцях. Вони обидва заряджені негативно-від’ємне. Оскільки однойменні заряди відштовхнуть один одного, то конфігурація білка стане тім більш стійка, чім дальше вони опиняться один від одного. Тому білки віддають перевагу конфігурації А.

Завдяки такої взаємодії амінокислоти ведуть себе як магніти. Однойменні заряди примушені виштовхатися один від одного, в той час як різнойменні – притягуються. Як видно на рисунку гнучкий каркас білкового ланцюга легко приймають ту форму, коли його амінокислотні «хребти» повертаються і вигинають місце сполучення так, щоб зрівноважити сили, які виникають із-за позитивно-додатного або негативно-від’ємного зарядів.

Молекулярні ланцюги деяких білків бувають дуже довгими, тому для повертання їм необхідна допомога особливих допоміжних білків – хаперонів (hopper – стрибун, комахи-стрибуни, самоскид, вагон з відкидним дном, завантажувальна вирва). Білки, які неправильно «згорнуті» подібні людям з дефектами хребту і не можуть функціонувати певним чином. Такі білки клітина маркує як підлягаючи знищенню; їх амінокислотні ланцюги розкладаються на складові частини і наново збираються в процесі синтезу нових білків.

ЯК БІЛКИ СТВОРЮЮТЬ ЖИТТЯ

Живі організми відрізняються від неживих перш за все тим, що вони рухаються і виконують «роботу» – дихають, перетравлюють їжу, скорочують м’язи тощо. Щоб зрозуміти природу життя, необхідно упорядкувати механізм руху білкових «машин».

Кінцева форма, яку приймає білкова молекула (її конформація, як говорять біологи) визначається рівноважним розташуванням електричних зарядів в її амінокислотному ланцюгу. Якщо розподілення позитивно-додатного і негативно-від’ємного зарядів в молекулі білка зміниться, вона одразу починає вигинатися і пристосовується до нової ситуації. Розподіл зарядів в білкової молекулі може бути вибіркове змінено через ряду процесів, таким, як приєднання інших молекул або хімічних груп (наприклад, гормонів) і навіть впливом зовнішніх електромагнітних полів, наприклад, тих, що випромінюються мобільними телефонами [Tsong 1989].

Конструктивна досконалість білків, які трансформуються, вражає своєю винахідливістю: їх точна тримірна конфігурація надає їм можливість зв’язуватися з іншими білковими молекулами.

Фото 56

Різноманітність білків: на рисунку показано лише 5 різних білкових молекул. Кожної з них властива строго визначена тримірна конфігурація, яка точно відтворює себе від клітини до клітини:

А – фермент, який поглинає атом водню

В – перекручена нитка колагену

С – мембранний канал- білок з крізним витвором в центрі

D –білкова су-одиниця «капсули», яка містить вірус

Е – ДНК-синтезуючий фермент з прикріпленою спіральною молекулою ДНК

 Коли білкова молекула зустрічається з іншою білковою молекулою, яка фізично і енергетично є їй комплементарною, то вони з’єднуються приблизно так же, як шестерики в годиннику.

Фото 57

Функціювання клітини демонструється на прикладі механічного годинника. Це- металічний механізм з шестериками, пружинами, каміннями і корпусом. Повертаючись, шестерика А примушує повертатися шестерику В, шестерика В – шестерику С і так далі.  

Фото 58

На рисунку зображено механізм білкових молекул, з накладним збільшенням в мільйони разів. В такої «білково-металічної машині» легко уявити, як білок 1 змушує повертатися білок 2 і білок 2 – білок 3 … – це одна з тисячі білкових агрегатів, які містяться в живої клітині.

Внутріклітинна цитоплазма здійснює свої функції завдяки спільної дії білків, які гуртуються в особливі агрегати – каскади або біохімічні шляхи. Ці агрегати класифікуються за їх функціями – наприклад, дихальні каскади, каскади травлення, каскади м’язових скорочень, а також цикл Кребса тощо. Клітина використовує ці агрегати для здійснення різноманітних метаболічних і поведінкових функцій.

Безперервний рух білків, безупинна зміна   їх форми впродовж однієї секунди – це й є  рушійна сила життя!

ВЕРХОВНА ДНК

ДНК не є джерелом руху, який зумовлює різноманітні форми життєдіяльності клітини. Джерелом руху є зміни електричної зарядженості білків. Звідки взялася уява про те, що гени «управляють» усім живим і розповсюдилася до наших часів? Свого часу Дарвін в «Походження видів» припустив, що спадкові фактори, які передаються із покоління в покоління й визначають певні признаки, які спостерігаються у нащадків. Авторитет Дарвіна був настільки великим, що всі вчені кинулись на пошуки цих самих «керуючих життям» спадкових факторів.

1910 року шляхом ретельних мікроскопічних досліджень вдалось встановити, що спадкова інформація міститься в хромосомах – нитковидних структурах, які стають помітними в клітинах безпосередньо перед тим, коли вона поділиться на дві «дочірні» клітини. Хромосоми входять до складу ядра – самої великої органели. Далі вчені ізолювали ядро, забралися усередину хромосоми і виявили її складові частини – вона складається з 2-х типів молекул – білка і ДНК.

1944 року вчені визначили, що спадкова інформація міститься в ДНК хромосом [Avery, et, al, 1944; Lederberg 1944]. Цей висновок дослідники констатували завдяки наступним експериментам: відділене ДНК одного виду бактерій (вид А) додали до культури, яка складалася з іншого виду бактерій (вид Б). Дуже швидко у бактерій виду Б почали проявлятися спадкові ознаки, які були властиві виду А. Саме тоді, коли стало відомо, що для передачі спадкових ознак потрібна лише ДНК, – ця молекула зайняла в науці видатне місце.

Структуру молекули ДНК визначили Джеймс Уотсон і Франсіс Крік. Вони констатували, що ДНК є довгими нитковидними ланцюгами, які утримують азотисто-складні хімічні сполуки 4-х видів – так званих основ – аденіну, тиміну, цитозіну і гуаніну ( А, Т, С і G).

Уотсон і Крик зробили висновок, що послідовність амінокислот у структурі білкової молекули визначається послідовністю основ в молекулі ДНК [Watson and Crick 1953]. Довгий ланцюг молекули ДНК розподіляється на окремі гени – це такі ділянки , які слугують шаблонами для синтезу конкретних білків. Так були відкриті коди відтворення білкових «машин» (механізму*) клітини.

Уотсон і Крік пояснили чому ДНК ідеально підходе для передачі спадкової інформації. В звичайному стані кожна нитка ДНК переплітається з ще однією ниткою ДНК і утворюють вільно-скручену конфігурацію – так звану подвійну спіраль. Характерна особливість цієї подвійної спіралі є в тому, що послідовність основ в кожної нитки ДНК є дзеркальним відбитком один одного. Коли нитки спіралі ДНК розплутаються, кожна з них містить інформацію, яка необхідна для відтворення її точної комплементарної (взаємо-доповнюваної) копії. Тобто, шляхом роз’єднання ниток подвійної спіралі молекула ДНК стає само-копіювальною. Це спостереження дозволило припустити, що ДНК самостійно керує своїм відтворенням – тобто вона «сама собі хазяйка».

Виходячи з догадки, що ДНК управляє власним перетворенням і несе в собі програму вироблення білків, Френсіс Крік сформулював Головну догму біології: положення про чільну роль ДНК. Це положення просякає усі наукові тексти і застосовується як основа наукового підходу.

Згідно цієї догми, РНК (рибонуклеїнова кислота) –коротко-життєва «ксерокопія» ДНК слугує фізичним шаблоном для кодування амінокислотної послідовності, яка складає конструкцію білкової молекули.

Головна догма біології окреслює образ мислення епохи генетичного детермінізму.

КЛЮЧОВИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ: ОРГАН ЛЮДИНИ – МОЗОК

З точки зору здорового сенсу, орган, який управляє життєдіяльністю і поведінкою організму є мозок. Чи можна вважати мозком клітини її ядро, в якому міститься ДНК? Якщо клітинне ядро є мозком клітини, тоді видалення ядра (така процедура зветься енуклеацією) повинна призвести до негайної смерті клітини.

Енуклеація ядра клітини відбувається під мікроскопом, за допомогою маніпулятору мікро-піпетку вводять в заповнену цитоплазмою клітину і акуратно ядро всочується в мікро-піпетку. Однак, клітина рухається і вона є живою.

Зазнавши енуклеації клітини здатні прожити від двох до шості місяців. Причому ці клітини активно поглинають і перетравлюють їжу, підтримують узгоджене функціювання своїх фізіологічних систем (дихальної, травлення, руху тощо), зберігають здатність «зустрічатися» з іншими клітинами і певним чином реагують на зовнішні подразники.

Позбавлені генів клітини не можуть ділитися, відтворювати свої білкові складові, які вони втрачають внаслідок звичайного старіння і зносу цитоплазми. Нездатність заміни дефектних цитоплазмічних білків призводить до механічних розладів, із-за чого клітина гине.

Той факт, що клітини після енуклеації зберігають свої біологічні функції й при відсутності генів є відомим давно. Досліди по видаленню ядр із яйцеклітин є класикою ембріології вже більш ніж 100 років. Ці досліди показали, що яйцеклітина здатна досягти навіть стадії бластули – стадії розвитку, на якій зародиш складається з 40-а і більш клітин. Сьогодні клітини після енуклеації використовують в промислових цілях для вирощування противірусних вакцин в якості живильного шару.

Але якщо ядро з його генами не є «клітинним мозком», тоді яка роль ДНК в житті клітини? Відповідь проста: клітини після енуклеації гинуть не тому, що вони залишилися без мозку, а тому, що їх позбавили репродуктивних функцій. Ядро клітини – це його орган розмноження! Клітинам після енуклеації неможливо відтворювати необхідні їм компоненти, вони не можуть замінити свої дефектні білкові «цегли» і створювати свої власні копії.

Тоді, що можна вважати мозком клітини?

ЕПІГЕНЕТИКА: НОВА НАУКА ПРО САМОУПРАВЛІННЯ

Група вчених положила начало новому, революційному напрямку в біології, це –епігенетика* (в буквальному змісті – надгенетика). Епігенетика кардинально змінює уявлення про управління життям [Pray 2004; Silverman 2004]. Епігенетичні досліди на початку нового тисячоліття показали, що ДНК-програми, які передаються у спадок за допомогою генів,  не є «друкованої копією» при народженні – вони можуть змінюватися під впливом зовнішніх подразників – це харчування, емоції, стреси тощо [Raik and Walter 2001; Sunari 2001].

Генетики відділяють ДНК із клітинних ядр і вивчають генетичні механізми ще з 1940-х років. Вони проникають крізь мембрану клітини, витягують клітинне ядро і відділяють з нього хромосоми, які складаються наполовину з ДНК і наполовину з регуляторних білків. Оскільки їх цікавить  тільки ДНК, то вони не звертають уваги на регуляторні білки як можливі учасники процесу спадковості. Проте епігенетики вивчають хромосомні білки, які, як з’ясувалося, грають таку ж важливу роль в механізмі спадковості.

ДНК утворює серцевину хромосоми; але білки оточують ДНК як нібито рукав. В такому стані – коли гени укриті, інформацію, яка в них утримується, прочитати неможливо. Якщо уявити, що рука – це ділянка ДНК, яка містить ген і в ньому закодовано блакитний колір очей. В клітинному ядрі ця ділянка укрита регуляторними білками подібно як рука – рукавом сорочки.

То яким чином «прочитати» закодовану інформацію? Потрібен зовнішній сигнал, який спонукає білок «рукава» змінити конфігурацію, відділитися від подвійної спіралі ДНК і відкрити ген для «прочитання». Коли ген виявляється відкритим, клітина робить його копію. Таким чином, активність генів управляється присутністю або відсутністю «захисних» регуляторних білків, що в свою чергу зумовлюється сигналами зовнішнього середовища.

Сьогодні вже з’ясоване, що схема «правління ДНК» застаріла і нову схему інформаційного потоку треба назвати «правління середовища». Згідно цієї нової, більш складної схеми, розповсюдження біологічної інформації починається з сигналу середовища через регуляторні білки і лише потім – ДНК і РНК і білок.

Епігенетика також встановила – є два механізму – генетичний і епігенетичний за допомогою яких організми передають спадкову інформацію. Цей факт надає можливість дослідити вклад в людську поведінку як природи – nature (генів) так й виховання – nurture (епігенетичних механізмів). Але якщо брати до уваги тільки генетичні програми (як це відбувалося багато десятиліть), – механізм впливу середовища зрозуміти неможливо [Dennis 2003; Chakravarti and Little 2003].

Епігенетичний механізм є подібним, наприклад, настройки телевізору, коли можна змінити ряд характеристик: колір, відтінок, яскравість, контрастність, положення по вертикалі і горизонталі. Тобто, є можливість змінити характер зображення на екрані, не впливаючи на сигнал, який поступає з телецентру. Той самий механізм мають регуляторні білки, завдяки яким одна і та ж генна програма може реалізуватися у вигляді 2-х і більш тисяч варіантів білків [Bray 2003; Schmuker, et,al, 2000].

Тлумачний словник:

Цитоекологія – напрям біології, що вивчає пристосування організмів до середовища на клітинному і молекулярному рівнях

Детермінізм – матеріалістичне вчення про загальну причину зумовленість явищ природи, суспільства й мислення

Метафора – художній засіб, що полягає в переносному вживанні слова або виразу на основі аналогії, схожості або порівняння, а також слово або вираз ужиті в такий спосіб

Експресія гену – сукупність молекулярних процесів, в результаті яких відбувається синтез тій чи іншій хімічної речовини на основі інформації, яка закодована в цьому гені

Механізм – пристрій, що передає або перетворює рух (те саме що машина); внутрішня будова, система чого-небудь; сукупність станів і процесів, з яких складається певне фізичне, хімічне та ін. явище

Епігенез – в біології теорія, за якою розвиток зародка будь-якого організму відбувається внаслідок послідовних новоутворень із неструктурної маси яйця

Гомологія – подібність органів за планом будови та походженням у різних рослин і тварин; гомологічний – хім. Стос. до групи органічних сполук х однотипною будовою, кожний член яких різниться від сусіднього на постійну структурну одиницю

… Чарівниця – мембрана – Істинний мозок клітини – Гомологічні клітинна мембрана і комп’ютерний чип (кременева мікросхема) –  «Космічний код: квантова фізика як мова природи» – Свідомість: творець усередині нас…

(Джерело: Ліптон Брюс. Біологія переконань.: Хто управляє свідомістю клітин/переклад з англ. – М.:ООО Видавництво «Софія», 2010. – 225с.)