תחנת כוח ירוקה

 

 

זהו ממיר האנרגיה הטוב בעולם. הוא קולט את אור השמש, מבצע תגובה מהירה כברק שבמסגרתה הוא משחרר אלקטרונים מהירים, היוצאים לדרכם ופותחים בתהליכי הייצור של חמצן וחומרים עתירי אנרגיה. זהו הכלורופלסט, אברון המצוי בתאי צמחים ואצות מסוימות, ובו מתבצע תהליך הפוטוסינתזה. ללא פוטוסינתזה לא היה חמצן באטמוספירת כדור-הארץ, ולא היה מזון לבעלי-חיים ולבני- אדם. החיים - בצורתם הידועה לנו - לא היו מתקיימים. הכלורופלסט הוא למעשה "תחנת כוח" ירוקה שיעילותה עולה לאין שיעור על יעילותן של כל המערכות המלאכותיות. הכרת המבנה של תחנת הכוח הירוקה הזאת עשויה לקדם את האפשרות לחקות אותה ולבנות מערכות להפקה יעילה וידידותית של אנרגיה.

 

ליבת הכלורופלסט מורכבת משני סוגים של קרומים: קרומי "גרנה" היוצרים מבנים הנראים כמעין פיתות המונחות זו על זו, וקרומי "סטרומה" הנראים כמשטחים מקבילים שמקשרים בין "גרנה" אחת לשנייה. המבנה המרחבי של קרומים אלו היווה עד לאחרונה תעלומה. ב40- השנים האחרונות הוצעו כמה תיאוריות בעניין, אבל אף אחת מהן לא הצליחה להסביר את הדרך שבה קרומים אלו, המבצעים את אחת מהפעולות החיוניות ביותר לחיים על פני כדור-הארץ, מאורגנים במרחב.

 

פוטוסינתזה בצמחים עילאיים מתבססת על שתי מערכות המותאמות לאור באורכי גל שונים. אחת המערכות נמצאת בקרומי ה"גרנה", ואילו השנייה - בעיקר בקרומי ה"סטרומה". הפרדה זו בין שתי המערכות מאפשרת לצמח להסתגל במהירות לשינויים בעוצמות אור ובאורכי גל. אולם על אף ההפרדה, אלקטרונים נדרשים לעבור ממערכת אחת לשנייה, ופרוטונים ומולקולות נדרשים לעבור בין קרומי ה"גרנה" - ובינם לבין קרומי ה"סטרומה". איזה מבנה יכול לקיים הפרדה יעילה בין שתי המערכות, ובאותה עת לאפשר מעבר שוטף של חלקיקים בין הקרומים השונים?

 

התשובה לשאלה זו, שהעסיקה מדענים רבים במקומות שונים בעולם, ניתנה באחרונה במחקר שביצע פרופ' זיו רייך מהמחלקה לכימיה ביולוגית, שעבד יחד עם ד"ר אייל שמעוני מהיחידה למיקרוסקופיית אלקטרונים, ד"ר ולאד ברומפלד מהמחלקה למדעי הצמח, תלמיד המחקר ד"ר אופיר רב-הון, ובשיתוף עם פרופ' יצחק אוהד מהאוניברסיטה העברית. הם גילו, שקרומי ה"גרנה" מתפצלים ישירות מקרומי ה"סטרומה". כתוצאה מכך, שני סוגי הקרומים קשורים במעין "מחברים" שכל אחד מהם ממוקם בזווית של 25 מעלות מה"מחבר" הקודם. כך נוצר מבנה דמוי בורג כפול המורכב מיחידות שאינן רצופות לחלוטין, אבל גם לא נפרדות לחלוטין. המחברים גם מקשרים בין שכבת "גרנה" אחת לשנייה, ובכך מאפשרים מעבר מהיר של חומרים.

 

כדי לפענח את המבנה המרחבי הזה השתמשו המדענים במיקרוסקופ אלקטרונים המבצע מעין מיפוי "סי-טי" לתאים בודדים ולאברונים תוך-תאיים. בדרך זו התקבלו הרבה היבטים דו-ממדיים של הכלורופלסט, שמהם הצליחו המדענים, באמצעות עיבוד ממוחשב, לשחזר ולפענח את המבנה התלת-ממדי של אברון זה. חברי קבוצת המחקר של פרופ' רייך מבצעים כיום מחקרים נוספים שנועדו לגלות פרטים נוספים על הדרך שבה מתבצע תהליך הפוטוסינתזה בכלורופלסט, וכן לפענח את המבנה של הקרומים בחיידקים פוטוסינתטיים שבאופן בסיסי חסרים כלורופלסטים.