הינך נמצא כאן

שינויים בהרגלי הזרימה

מהו תפקיד המים בפירוק הקולגן שמתחולל כחלק מתחזוקת התבנית הבין-תאית?
01.03.2015

מימין: ד"ר מורן גרוסמן, ד"ר אינה סולומונוב ופרופ' אירית שגיא. תהליכים אנזימטיים
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
מעל למחצית ממשקל גופנו מורכב ממים, אך מדענים אשר חוקרים את כימיית הגוף התייחסו מאז ומתמיד למים כאל "משקיף מהצד", אשר יוצר סביבה נייטרלית לתגובות ביוכימיות. במחקר חדש, שהתפרסם בכתב-העת המדעי "רשומות האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית" (PNAS), גילו פרופ' אירית שגיא וחברי קבוצת המחקר שהיא עומדת בראשה, במחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע, בשיתוף עם פרופ' מרטינה הבנית' מאוניברסיטת רור בוכום שבגרמניה, ופרופ' גרג פילדס ממכון טורי פינס למחקר מולקולרי שבפלורידה, ארצות הברית, כי מים ממלאים תפקיד הרבה יותר מרכזי בתהליכי חיים מסוימים מכפי שסברו בעבר. ממצאים אלה עשויים להוביל לפיתוח מהיר ויעיל יותר של תרופות למחלות שונות, ובהן סרטן ומחלות אוטו-אימוניות.
 
המחקר התמקד בפירוק הקולגן על-ידי אנזימים, תגובה ביוכימית הנפוצה כמעט בכל רקמות הגוף. קולגן הוא המרכיב העיקרי של התבנית הבין-תאית, אשר משמשת כתשתית תומכת לרקמות התאים. כחלק מפעילות תחזוקתה של התבנית מתפרק ונבנה מחדש הקולגן באופן שוטף. המדענים חקרו את פירוק הקולגן במבחנה באמצעות שלוש טכנולוגיות: פלואורסנציה, קרני רנטגן, וספקטרוסקופיית אינפרה-אדום.
 
תנועת המים סביב הקומפלקס אנזים-קולגן: הקצב בו מחליפות מולקולות המים בסביבה את קשרי המימן שלהם תלוי במרחק מהאתר הפעיל של האנזים (באפור) ובסוג הקולגן אשר מפורק על-ידי האנזים. ההבדלים בקצב יוצרים גרדיאנט של תנועת המים, ממהירה ביותר (באדום) עד איטית (בתכלת)
 
על-פי התורה הקלאסית, אפשר לתאר את מהלכן של תגובות אנזימטיות באמצעות עקומה: התגובה מתרחשת בקצב הגובר תחילה ומתייצב בהמשך, והיא ממשיכה עד שהאנזים מסיים את עבודתו, ומפרק לחלוטין את החומר הכימי. אך במחקר החדש נדהמו המדענים כשגילו, כי גם לאחר שכל הקולגן התפרק, עדיין אפשר היה לחזות בתופעות-לוואי של התהליך – כמו אדווה המתפשטת אחרי שאבן נזרקה למים: מולקולות המים בסביבה המשיכו לנוע ולשנות את קשרי המימן שלהם, כתגובה לשינויים אשר התרחשו בזמן התגובה על פני השטח של האנזים עם הקולגן. תופעת-לוואי זו התרחשה במשך זמן רב יותר מאשר התגובה עצמה, וככל הנראה היא מכינה את הקרקע לתגובות כימיות וביוכימיות נוספות ברקמות הגוף. בניסויים מסוימים פורק כל הקולגן תוך שנייה, אך תנועת המים נמשכה לפחות פי חמישה מזמן הפירוק.
 
בהמשך גילו פרופ' שגיא ושותפיה למחקר, כי תנועת המים השתנתה בהתאם לסוג הקולגן ולחומרי הפירוק של התגובה הכימית. ממצא זה מצביע על כך, שקיים קשר הדוק מאוד בין המים לבין התגובה.
 
בעקבות הגילוי המפתיע הזה התברר, שכדי להבין לעומק תהליכים אנזימטיים בגוף האדם, יש לברר כיצד משפיעות עליהם מולקולות המים המצויות בסביבתם. תובנות מעמיקות בתחום זה עשויות להיות חשובות לא רק לצורך הבנת תהליכים כימיים המתחוללים בגוף, אלא גם לשם פיתוח תרופות חדשות. למשל, כיוון שפירוק יתר של קולגן מאפשר התפשטות של תאי סרטן אשר נודדים בדרכם לייסד גרורות חדשות, וכן תאים דלקתיים המובילים להתפתחות מחלות אוטו-אימוניות, ייתכן שהבנת התגובה של המים עם הקולגן תאפשר פיתוח של כלים חדשים להתמודדות עם מחלות אלה. ייתכן, למשל, שאפשר יהיה לייעל את תהליכי הפיתוח של תרופות שונות באמצעות שליטה בתנועת המים.
 
במחקר השתתפו גם ד"ר בנג'מין בורן וד"ר אינה סולומונוב מקבוצת המחקר של פרופ' שגיא; ד"ר מורן גרוסמן, תלמידת מחקר לשעבר במכון ויצמן למדע וחברה בקבוצתה של פרופ' הבנית', שכללה גם את ד"ר ג'סיקה דילמן-גסנר ואת ד"ר ולריה קונטי ניבלי.
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם