נער פגש נערה

 

in the crowd of a million people

i will find valentine 

And then i will climb to the highest steeple

and tell the world he is mine

 

מילים: הווי גרינפלד

לחן: ניל סדקה

הביצוע המוכר ביותר: קוני פרנסיס

 

 

זה הסיפור הקלאסי שמרגש ומעניין כל קהל, בכל תקופה ובכל מקום בעולם. אהבה היא רגש גדול מהחיים, בין היתר מכיוון שכל סיפור אהבה הוא, למעשה, גם סיפור מיסתורין. כיצד נפש אחת מוצאת את "אחותה התאומה" בהמון רב? את התעלומה הזאת נפתור, אם בכלל, בעוד שנים רבות מאוד, אבל תופעות דומות, המתחוללות בעולם המולקולרי, עומדות במרכזם של מחקרים מדעיים עכשוויים. כיצד, למשל, שני חלבונים בעלי התאמה מבנית מוצאים זה את זה ונצמדים זה לזה? זו שאלה לא פשוטה, אם זוכרים שבגוף האדם, למשל, פועלים כמאה אלף סוגי חלבונים, המשוחחים ומתקשרים אלה עם אלה ללא הרף, כשהם מעבירים מסרים, מעוררים או בולמים אלה את אלה. התקשורת שבין החלבונים היא אחד מתהליכי החיים הבסיסיים ביותר, ושיבושים בתקשורת הזאת הם הגורם העיקרי למחלות רבות.

 

השאלה מסתבכת עוד יותר אם מביאים בחשבון את העובדה שהמפגשים הבררניים האלה מתחוללים בחלל התא, שהוא סביבה צפופה מאוד. גודלה של מולקולת חלבון הוא כמיליונית מגודלו של תא חי, כך שמולקולה שמשוטטת בחלל התא ומחפשת את מולקולת המטרה שלה דומה למי שמשוטט ברחובות ניו-יורק ומחפש לעצמו בן-זוג שיתאים לרשימת תכונות שהוא מחזיק בידו. ובכל זאת, על אף הקושי האובייקטיבי, מיליארדי מפגשים כאלה מתבצעים מדי יום בתאי צמחים, ובגופם שלבעלי-חיים ובני-אדם.

 

הגורמים ה"דוחפים" להיצמדות החלבונים נחלקים לשני סוגים: גורמים ייחודיים כגון התאמה מבנית בין מולקולות של שני חלבונים מסוימים; וגורמים כלליים המשפיעים על כל החלבונים שמחפשים לעצמם בני-זוג בסביבה הצפופה של חלל התא. כל שתי מולקולות של חלבונים ש"שואפות" להיצמד זו לזו, חייבות בתחילה למצוא זו את זו בהמון הסואן של מולקולות חלבוניות אחרות הנעות גם הן בחלל התא, במטרה דומה. בשלב השני, לאחר שנפגשו, הן חייבות לנוע זו לעומת זו כך שאתרי ההתאמה שלהן יימצאו במצב שיאפשר להם להשתלב ולהיצמד. באופן אינטואיטיבי, אפשר היה לצפות שהצפיפות העצומה שמאפיינת את חלל התא תגרום עיכובים משמעותיים בתהליכי האיתור ההדדי וההיצמדות. מצד שני, ידוע ש"בחיים האמיתיים" היצמדויות כאלה מתחוללות בפועל במהירויות גדולות. כיצד מצליחים החלבונים למצוא בהמון הסואן את מולקולות המטרה שלהם, ולהיצמד אליהן במהירות וביעילות? זו השאלה שעמדה במרכז מחקרו של פרופ' גלעד הרן מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, ששיתף פעולה עם פרופ' גדעון שרייבר מהמחלקה לכימיה ביולוגית. יחד עם תלמידי המחקר יוסי קוטנר ונוגה קוצר, ותוך שימוש בשיטות מדידה פיסיקליות מתקדמות, יצרו המדענים שתי סביבות מדומות: סביבה המאוכלסת בצפיפות במולקולות פולימריות (חלבונים הם סוג של פולימר), הדומה לסביבה הצפופה של חלל התא; וסביבה מיימית, שמהווה הדמיה של סביבה פנויה כמעט לחלוטין ובעלת צמיגות נמוכה. לתוך הסביבות הווירטואליות הללו הוכנסו מודלים של מולקולות חלבוניות המתאימות זו לזו ו"שואפות" להתאחד ולהיצמד זו לזו.

 

כצפוי, הצורך להידחף דרך המון המולקולות הפולימריות האט את משך הזמן שנדרש לחלבונים לנוע זה לקראת זה. אבל כשהמולקולות החלבוניות הגיעו למצב שבו המרחק ביניהן היה קטן מגודלה של מולקולה פולימרית (כלומר, למצב שבו מולקולות פולימריות, דמויות חלבון, לא יכלו עוד להפריד ביניהם), מילאה הסביבה הצפופה תפקיד ממריץ ומעודד להיצמדות. המון הפולימרים שהקיף את שני "בני הזוג" יצר עליהם לחץ סביבתי להסתובב זה לעומת זה במהירות, לכוון את אתרי ההתאמה שלהם זה לעומת זה - ולהיצמד. במילים אחרות, בסביבה הצפופה, הדומה לחלל התא, נוצרה האטה בשלב הראשון החיוני להיצמדות,והאצה של השלב השני. כך התברר, שהמהירות הסופית שבה מתחוללת היצמדות חלבונים בסביבה צפופה מאוד אינה שונה בהרבה (אם כי היא איטית במקצת) מהמהירות שבה מתבצעת היצמדות בסביבה ריקה לחלוטין, כגון הסביבה המימית.

 

הבנת הגורמים הכלליים המשפיעים על התהליך הבסיסי של היצמדות חלבונים עשויה לסייע בעתיד בפיתוח שיטות חדשות להובלת תרופות אל האתרים שבהם הן אמורות לפעול בגוף.