בתחילת תהליך הפוטוסינתיזה האור פוגע ב"אנטנה" של פוטוסיסטם II, והאנרגיה המסופקת בידי הפוטונים, מועברת למרכז הריאקציה. תהליך המעבר נקרא FRET - Forster's resonance energy transfer. בעברית ניתן לקרוא לתהליך מעבר אנרגית תהודה על שם פורסטר (מדען גרמני שחקר את התהליך). הסרטון שלפנינו מתאר כיצד רותמים תהליך זה למחקר מולקולרי של התא. הסרטון מתאר למעשה ניסוי שלם משלב ההכנות (החדרת DNA זר לתא) ועד לניסוי עצמו במיקרוסקופ.
 

הסרטון הופק על ידי Dr. Gervasio מאוניברסיטת סידני, ותורגם בידי צוות אתר דוידסון אונליין
תודה לפרופ' מאיר וילצ'ק ודר' עדי רווה מהמחלקה לכימיה ביולוגית על ייעוץ לכתבה.

משוואת ה-FRET פותחה בידי החוקר הגרמני Theodor Förster ב-1947, אולם התופעה זוהתה בניסוי רק ב-1963 בידי החוקר הישראלי פרופ' מאיר וילצ'ק ממכון ויצמן למדע, לאחר שהראה מעבר אנרגיה בין חומצות האמינו tryptophan ו-tyrosinate בפפטיד קצר. ארבע שנים מאוחר יותר פרסם החוקר Lubert Stryer מאמר בו הוא מזהה את אותה התופעה, ולו מיוחסת, שלא בצדק, ההוכחה של תופעת ה-FRET.

FRET הינו למעשה תהליך בו תורם האנרגיה מעורר על ידי פוטון, חלק מאלקטרונים שלו עולים לרמת אנרגיה גבוהה יותר, וכאשר הם יורדים ברמת אנרגיה, נפלט אור (פלורסנציה) באורך גל גבוה יותר בעקבות אובדן האנרגיה בדרך. על מנת שמעבר האנרגיה יתרחש ישנם מספר פרמטרים החייבים להתקיים:
ראשית תורם ומקבל האנרגיה חייבים להיות במרחק שאינו עולה על 10 ננומטר (1/100,000,000 המטר). שנית חייבת להיות חפיפה חלקית בין ספקטרום הפליטה של התורם לספקטרום הקליטה של המקבל, כלומר שהתורם יהיה מסוגל לפלוט אור באורך גל אשר המקבל יהיה מסוגל לקלוט. ושלישית  על התורם והמקבל להיות בעלי קוטביות דיפול-דיפול (צורת סידור אלקטרונים) שאינה ניצבת (בעלת רכיב מקביל). אם שלושת התנאים הללו מתקיימים, והתורם מעורר, יפלט אור (פלורסנציה) מהמקבל בתגובה. האנרגיה הנפלטת על ידי התורם נקלטת על ידי המקבל ומעוררת אותו. גם כאן האלקטרונים עולים לרמה גבוהה יותר של אנרגיה ויורדים חזרה ונפלט אור (פלורסנציה) באורך גל גבוה יותר. למידע נוסף על תהליך העירור ופליטת האור הכנסו לערך על ספקטרום הפליטה.

ניקח לדוגמא תורם אנרגיה בשם CFP (אנלוג כחול של GFP). הוא מעורר על ידי אור באורך גל 436nm כלומר אור סגול, ופולט אור באורך גל 480nm כלומר אור כחול. אם נמצא מקבל אנרגיה (YFP - אנלוג צהוב של GFP) מספיק קרוב (פחות מ-10nm), אזי חלק מהאנרגיה תועבר ל-  YFP, מבלי לפלוט אור, אשר יעורר ויפלוט אור באורך גל 535nm כלומר אור צהוב. ישנם בני זוג רבים ליצירת FRET, כאשר התנאי הוא שאנרגיה הנפלטת מאחד יהיה מסוגל לעורר את השני, כלומר ספקטרום הפליטה של האחד יחפוף לספקטרום הבליעה של השני, המרחק יהיה פחות מ-10nm ושתהיה התאמה בכיווני הדיפול.

בפוטוסינתיזה מתרחש תהליך כזה, בו מערר הפוטון את התורם והאנרגיה מועברת למקבל וממנו הלאה למקבל הבא ולבא אחריו למקבל עד שלבסוף מגיעים למרכז התגובה, שם נתרמים אלקטרונים הלאה (ראו ערך על הפוטוסינתיזה).

במחקר בביולוגיה מולקולרית נעשה שימוש רב ב-FRET באמצעות סמנים פלורסנטים כמו GFP המחוברים לחלבונים או באמצעות נוגדנים פלורסנטים המסמנים את חלבון היעד. השימוש הוא בעיקר על מנת לאמוד מרחק בין חלבונים שכנים (דבר העשוי להעיד על אינטראקציה בינהם), כמובן כל עוד הוא לא עולה על 10nm. ניתן גם להשתמש בתורם ומקבל כימיים, אשר אותם קושרים כימית לחומר הנבדק. דוגמא לכך הם החומרים הפלורסנטים  PerCP ו Cy5.5 או EITC ו FITC. אפליקציה נוספת ל-FRET היא יצירת סמנים פלורסנטים חדשים ע"י חיבור בין שני חומרים פלורסנטים אשר יודעים לעשות FRET יחדיו, וזאת על מנת לקבל סמן פלורסנטי שמסוגל לעבור עירור באורך גל של החומר הראשון ולתת פלורסנציה באורך גל של החומר השני (יעיל כאשר משתמשים בכמה סמנים פלורסנטים במקביל ויש מספר מוגבל של אורכי גל בהם ניתן להשתמש לעירור).
 

 

 

מאת: ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

2 תגובות

  • שני

    טעות קריטית בכתבה

    FRET הוא למעשה מכניזם שאינו (!) כולל קרינה, ועל כן לא כולל פלורסציה. אמנם המינוח המדעי הינו Fluorescence Resonance Energy Transfer אך למעשה זהו שם מטעה ולא מדובר בפלורסציה, אלא מעבר אנרגטי ללא קרינה, ע"י אינטרקציית דיפול-דיפול.
    אנא תקנו

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי