מכונס בעצמו אך לא אטום לסביבה

חיי החלבון הינם דינמיים – הם מאופיינים בתנודות פנימיות ובהחלפה תמידית של אטומי מימן רופפים עם מולקולות מים בסביבתו. הסברה הרווחת מאז ומתמיד הייתה כי החלפות אלה מתרחשות בתדירות גבוהה יותר כאשר החלבון אינו מקופל, שכן הקיפול מונע מהמים גישה לאזורים שונים של החלבון. הדבר נשמע מובן מאליו, ולכן קצב החלפות המימן אף שימש מדד למידת הקיפול של החלבון, המהווה היבט חשוב של מבנה החלבון ומשפיעה רבות על תפקודו. במחקר חדש הראו מדעני מכון ויצמן למדע, באמצעות גישה חדשה המבוססת על תהודה מגנטית גרעינית (NMR) בשילוב היפר-פולריזציה גרעינית, כי לפעמים כדאי להעמיד במבחן את המובן מאליו.

כדי לבחון בניסוי את החלפות אטומי המימן בין חלבונים לסביבתם המימית, חבר פרופ' לוסיו פרידמן מהמחלקה לפיסיקה כימית וביולוגית למעבדתה של ד"ר רינה רוזנצויג מהמחלקה לביולוגיה מבנית. קיפול חלבונים הינו אחד מנושאי המחקר המרכזיים במעבדתה של ד"ר רוזנצויג המתמחה בחקר חלבוני עזר אשר מסייעים, בין היתר, לחלבונים אחרים להתקפל. המדענים השתמשו בשיטת "המקלחת הקרה" אשר פותחה על ידי פרופ' פרידמן ועמיתיו להעצמת הרגישות של בחינת מולקולות ביולוגיות באמצעות NMR, שכן שיטה זו מאפשרת לחקור את האינטראקציות שבין המים לחלבון ברמת פירוט חסרת תקדים.

ד"ר אור סקלי – שהייתה בשעתו תלמידת מחקר במעבדתו של פרופ' פרידמן ולאחר מכן חוקרת בתר-דוקטוריאלית במעבדתה של ד"ר רוזנצויג – יחד עם מיאחלו נובקוביץ וד"ר גרגורי אולסן, השתמשה בשיטה זו בניסויים בארבעה חלבונים, שכל אחד מהם מאופיין בדפוס קיפול שונה. החלבון הראשון היה מקופל היטב, בעוד השני היה לגמרי לא מקופל. שני החלבונים הנוספים עברו ללא הרף בין מצב מקופל ללא-מקופל, כשהמדענים שולטים בקצב המעבר באמצעות הטמפרטורה בדגימה. באחד מהחלבונים הדינמיים האלה התרחשו המעברים באיטיות יחסית, בערך פעם בשנייה, בעוד בחלבון האחר, הרביעי במספר, התרחשו המעברים בקצב של 20 עד 30 פעמים בשנייה.

בשלושת החלבונים הראשונים תאמו הממצאים את המצופה: ב-NMR נקלטו יותר אותות מתוגברים בחלבונים (או באזורים) הבלתי-מקופלים מאשר בחלבונים (או באזורים) המקופלים. כך, למשל, בחלבון שבו התרחשו המעברים בין קיפול לאי-קיפול בקצב איטי, גברו האותות פי עשרה במצב הלא-מקופל בהשוואה למצב המקופל. אך בחלבון הרביעי, שבו התרחשו המעברים במהירות, חיכתה למדענים הפתעה: בניגוד לכל הציפיות, האות התגבר הרבה יותר – פי שלושה או יותר – בחלקים המקופלים של החלבון לעומת החלקים הלא-מקופלים.

"חזרנו על הניסויים שוב ושוב במשך כמה חודשים כדי לוודא שלא טעינו", מספר פרופ' פרידמן, אך התוצאות נותרו בעינן. המדענים הציעו כמה הסברים תיאורטיים לממצאים המפתיעים, והם מתכננים ניסויים נוספים כדי לקבוע איזה מההסברים הוא הנכון. עם זאת, כבר כעת נראה כי יש לעדכן את הסברה הרווחת: אי-אפשר להניח באופן אוטומטי שקיפול החלבון מגביל את נגישותו למים הסובבים אותו.