מה עושה חלבון

 

 

דרכים ושיטות ללימוד קריאה הן נושא למחקר מדעי מצד אחד ולאופנות מתחלפות מצד שני. באחרונה מסתמנת אכזבה מסוימת משיטות לימוד מודרניות, ולצדה נטייה לחזור לשיטות לימוד שהיו מקובלות בעבר ב"חדר": לימוד אותיות ותנועות, לאחר מכן שילוב ביניהן שיוצר הברות, ואז הרכבת קבוצות של הברות, שהן, למעשה, מלים. המדענים החוקרים את הרצף הכימי של מולקולות חלבוניות פועלים בדומה לילדים הלומדים לקרוא. כמו מלים, החלבונים, שהם מאבני היסוד של כל יצור חי, מורכבים כמעין "משפטים", המורכבים מ"מלים", המורכבות מאלף-בית של 20 "אותיות" הקרויות חומצות אמיניות.

 

מקור השם חלבון (פרוטאין) הוא במלה היוונית העתיקה פרוטיאוס, שמשמעותה "המחזיק במקום הראשון". ואכן, החלבונים מהווים 90%-70% מהחומר היבש המרכיב את גופנו, והם ה"פועלים" המפעילים את רוב מערכות הגוף. הם משכפלים DNA, מייצרים עוד חלבונים, מצמידים את התאים זה לזה כדי שייווצרו רקמות, ממירים אור לאנרגיה בתהליך הפוטוסינתזה, מפרקים מולקולות, מרכיבים מולקולות אחרות, ועוד. אם לא די בכל אלה, כדאי לזכור שעודף או מחסור בחלבון מסוים הם הגורמים לרוב המחלות הידועות. התיפקוד של כל חלבון נקבע במדויק כתוצאה מעיצובו המרחבי, ועל-פי הרצף הייחודי של מולקולות החומצות האמיניות המרכיבות אותו, סדר הצפון - והמועבר מדור לדור - במולקולות החומר הגנטי, DNA.

 

ד"ר שמואל פיטרוקובסקי מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע חוקר את ה"תחביר" של מולקולות השרשרת החלבוניות, כלומר, את רצפי החומצות האמיניות המרכיבות אותם. ד"ר פיטרוקובסקי: "אנו משווים רצפים כימיים של חלבונים שונים, ומנסים למצוא קטעים שרצפי החומצות האמיניות שמרכיבים אותם דומים אלה אלה. כאשר אנו מוצאים דמיון בין שני קטעים של חלבונים שונים, אנו מניחים שקיים קשר כלשהו בין שני החלבונים האלה".

 

דוגמה בולטת לדמיון כזה קיימת בין רצף החומצות האמיניות שמרכיבות את החלבון המוגלובין בדמו של אדם מבוגר, לבין הרצף של המוגלובין שמצוי בדם העובר. המוגלובין הוא חלבון הקושר חמצן ומעביר אותו לתאי הגוף. אבל, בגופו של אדם מבוגר הוא קושר חמצן מן האוויר, ואילו בגופו של עובר הוא סופג את החמצן מדם האם. ההבדלים האלה בתיפקוד מתאפשרים הודות לשינויים מתאימים (במקרה זה קטנים, יחסית) ברצף החומצות האמיניות שמרכיבות את שני החלבונים האלה, ועם זאת, הדמיון בתיפקוד מתבטא בדמיון בין מקטעים מולקולריים שונים שלהם.

 

גם שינויים קטנים ברצף המולקולרי מצביעים לעתים על הבדלים משמעותיים למדי בתיפקוד החלבון", אומר ד"ר פיטרוקובסקי. "משל למה הדבר דומה? לנגר שמחזיק כמה פטישים: פטיש גדול לעבודות שמחייבות הפעלת כוח רב, ופטיש קטן המתאים לעבודות עדינות. שני הפטישים דומים זה לזה ושונים זה מזה בעת ובעונה אחת. אבל על אף ההבדלים ביניהם ברור שהם שייכים למשפחה אחת. שני חלבונים שהדמיון הכללי ביניהם מתקיים רק ב-30% מהרצף הכימי שלהם עדיין עשויים להיות שייכים למשפחה אחת, אם כי שיעור דמיון כזה מגדיר קשר רחוק יחסית בין, נניח, שני בני דודים רחוקים. למעשה, לא רק 'קרבת המשפחה' בין הרצפים חשובה, אלא גם מיקומיהם של הרצפים הקרובים. כאשר המקטעים הדומים, השמורים, משפיעים השפעה רבה על פעילותם של החלבונים, אפשר לשער שקיים דמיון בין הפעילויות של אותם חלבונים, השייכים לאותה משפחה. מכיוון שכך, ברור שדמיון רב במקטעים קצרים עשוי להיות חשוב ומשמעותי יותר מדמיון מועט במקטעים ארוכים".

 

מדענים רבים, וד"ר פיטרוקובסקי ביניהם, משתפים פעולה בפיתוח שימושים שונים למאגר ציבורי גדול של מקטעים שמורים של חלבונים. מאגר זה מכיל עשרות אלפי מקטעים המתארים אלפי משפחות של חלבונים. לכל משפחה מקטעים האופייניים לה. בנוסף לקביעת שייכותם של חלבונים חדשים למשפחות ידועות משמש המאגר לקביעת תפקידיהם של החלבונים האלה. ד"ר פיטרוקובסקי אומר שהמידע הדרוש למדענים הוא "מה החלבון עושה", או, לעתים, כאשר פעילת החלבון ידועה, "כיצד בדיוק פועל החלבון". בשלב זה פעילותם של רוב החלבונים מהווה תעלומה, ושיוכם של חלבונים חדשים למשפחות של החלבונים המעטים שכבר נחקרו בפירוט והידועים לנו היטב עשוי להצביע על כיוון אפשרי באשר לתיפקודיהם של החלבונים החדשים.

 

ד"ר פיטרוקובסקי: "פרויקטים שונים למיפוי ולפיענוח המטענים הגנטיים של בעלי-חיים שונים, לרבות פרויקט גנום האדם, הביאו לידיעתנו שפע אדיר של רצפי חלבונים. בשלב ראשון אנו מנסים לשייך כל חלבון למשפחה של חלבונים בעלי תיפקוד דומה. השלב הבא יהיה איפיון של כל משפחה באמצעות השוואה של מקטעים שמורים. במחקרינו גילינו שאפשר להמשיך ולקבץ מקטעים שמורים היוצרים 'קבוצות-על', כאשר לכל המקטעים שצורפו יחד יש תפקיד ומבנה משותפים. למעשה, אנו מנסים לפענח ב'הנדסה הפוכה' את תהליך יצירתם של חלבונים חדשים. זהו תהליך אבולוציוני המתבצע באמצעות הכפלה ושינוי של חלבונים קיימים. דבר זה מוביל להתפתחות מינים חדשים ולפיתוח יכולות חדשות במינים קיימים".