החלבונים הם אבני הבניין הבסיסיות של הביולוגיה, והם המתווכים, היוצרים והמאפשרים של כל הריאקציות הביוכימיות המתרחשות בתא. המידע הדרוש ליצור חלבונים מקודד בחומר הגנטי (DNA). המידע המצוי בDNA משועתק ע"י  זרז חלבוני המכונה RNAפולימראז המייצר מולקולות RNA שליח. מולקולות הRNA שליח דומות מאוד למולקולות הDNA אך בניגוד למולקולות הDNA המכילות מידע ליצור חלבונים רבים, ומידע נוסף שאינו משועתק אשר ככל הנראה נחוץ לבקרה על פעולות התא, מולקולות הRNA שליח מכילות מידע הדרוש ליצירת חלבונים בלבד. בשלב הבא מולקולות הRNA שליח מגיעות למכונות יצירת החלבונים של התא – המכונות ריבוזומים. פרופ' עדה יונת ממכון ויצמן קיבלה פרס נובל לכימיה על פיצוח מבנה הריבוזום בחיידקים. אחת הסיבות שפיצוח מבנה הריבוזום זכה להכרה רבה כל כך היא האפשרות ליצור תרופות שמעכבות את הריבוזום החיידקי בלבד (מבלי לעכב את הריבוזום האנושי) כיוון שתא לא יכול להתקיים, ובטח שלא להתחלק ללא יכולת ליצר חלבונים, עיכוב הריבוזומים של חיידק יכול לרפא את המחלה לה הוא גורם.   

תמונה נוויקיפדיה

בשל חשיבותם הרבה של החלבונים מחקרים רבים ניסו לאמוד את כמותם בתא. כיוון שחלבונים הם קבוצה מגוונת ומורכבת מאוד עבודה איתם אינה תמיד פשוטה, ומסיבה זו מחקרים רבים בחרו להתעסק עם תאים פשוטים יותר כגון תאי חיידק ושמר ולא בתאים אנושיים, אותם קשה יותר לגדל, מורכבותם רבה יותר, ולרוב התאים היחידים אותם ניתן לגדל הם תאים סרטניים, אשר במילא מאזן החלבונים בהם שונה מתא אנושי רגיל. מחקרים אלו הראו שבממוצע מכל מולקולת RNA שליח משועתקים 4000-5000 עותקי חלבון בתאי שמר, לעומת כ900 בתאי יונקים וכ500 בתאי חיידקים. למרות ההבדלים האלו נמצא שריכוזם של חלבונים חשובים נוטה להיות דומה בין יצורים שונים. מחקר שעסק בתאי יונקים מצא שכמות העותקים של חלבון בתא תלויה בתפקיד החלבון כאשר נראה שחלבונים המשמשים כקולטנים מצויים בתא בממוצע בפחות מ100 עותקים, לעומת זאת זרזים (אנזימים) נוטים להימצא בכמות גדולה יותר של 1000-10000 עותקים בתא, וחלבונים מבניים מגיעים לכמות אדירה של 108 עותקים לתא. מחקר שעסק  בתאי נמטודה  ( Caenorthabditis elegans) מצא שבתא יש 16323 סוגי חלבונים שונים. בתאי שמר נמצא שיש 50 מיליון מולקולות חלבון בתא, ומחקר שנערך בחיידקים מצא שריכוז החלבונים בתא הוא  2.3מילי מולר .

פעולות ביוכימיות בתאים מתבצעות בעזרת זרזים חלבוניים המכונים אנזימים. כל תהליך ביוכימי מתחיל מחומרים הנקראים מגיבים ומסתיים בתוצרים. בכל תהליך ביוכימי ישנו שיווי משקל בין ריכוז המגיבים לריכוז התוצרים. שיווי המשקל יטה לכיוון בו החומרים מצויים במצב היציב יותר. כלומר אם התוצרים יציבים יותר מהמגיבים, אז בסופו של דבר התגובה תצא לפועל וריכוז התוצרים יגדל. אולם אפילו ריאקציה בה התוצרים יציבים יותר מהמגיבים צריכה לעבור דרך מחסום אנרגטי, הנובע מערעור המגיבים והפיכתם לחומר במצב ביניים בלתי יציב, לפני שהם יכולים להפוך לתוצרים.  תפקיד האנזים הוא לייצב את מצב הביניים במעבר בין מגיבים לתוצרים ובכך להוריד את המחסום האנרגטי, ולזרז משמעותית את קצב ההגעה לשיווי משקל שנקבע ע"י היחס בין יציבות המגיבים והתוצרים. בזכות האנזימים קצב התהליכים הביוכימיים בתא גבוהה בהרבה מקצב הריאקציות הספונטניות שהיה מתרחש ללא נוכחות זרז מתאים.

מחקר שבדק את השפעתם של מספר אנזימים נבחרים מצא שהתהליכים התבצעו במהירות גבוהה פי 106-1017 בנוכחות האנזימים. קצב פעולת האנזים נמדד בקצב יצירת מולקולות התוצר במצב בו המגיבים נמצאים בעודף ליחידת זמן. קצב זה עבור רוב האנזימים עומד על 1-104 מולקולות תוצר לשנייה והוא תלוי בטמפרטורה ובתנאי סביבה נוספים כגון מליחות וחומציות. על בסיס הנתונים שמצאנו נוכל לבצע הערכה גסה מאוד ולהעריך שבתא שיש בו 5000 אנזימים המייצרים בממוצע 10 מולקולות תוצר בשנייה מתרחשות 50 אלף ריאקציות ביוכימיות בשנייה.

מרבית הערכים המספריים שהוזכרו נלקחו מאתר המתמחה במספרים ביולוגיים אשר ד"ר רון מילוא ממכון ויצמן היה שותף מרכזי בפיתוחו.
 

רות חייט
דוקטורנטית, 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 יתקבלו תמיד בברכה.

 

6 תגובות

  • שחר

    אופס... שגיאת כתיב...

    "בשל חשיבותם הרבה של החלבונים מחקרים רבים ניסו לעמוד את כמותם בתא"
    לעמוד? לאמוד...

  • אבנר

    אפשר כבר למחוק את התגובה הזו.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןביאנה

  • משה

    והכל נותר ממפץ...

    ולכן נאמר במקורותינו "מבשרי אחזה אלו-ה. אם נתבונן במורכבות של התא ובכל התהליכים שבגופנו ואיך שהכל פועל בתיאום, צריך להיות עיוור כדי לומר שכל זה במקרה. כדי שהתא הכי פשוט יתקיים ולא ימות צריכים לפחות 100 גנים. כל גן הוא רצף של חומצות אמינו. הסיכוי שתא אחד יווצר ע"י חיבורים אקראיים בין חומצות האמינו כך שכל הגנים הללו יווצר (וברקע היתה הרי קרינה שהורסת את הקשרים בין החומצות,אבל נניח...) אז גם אם יקחו אוסף הגיוני של ראקציות לשנייה עדיין נגיע לכך שדרוש זמן שיותר גדול מגיל היקום המקסימלי שמישהו בכלל אמר. אבל מה לעשות, האמת עירומה והאנשים מתביישים אז לא מוכנים להיסתכל...

  • אבנר

    לא הצלחתי לעקוב אחרי החישובים שלך

    אתה יכול לפרט איך הגעת למספר גדול מגיל היקום?

  • אמבי

    והכל הכל נוצר כתוצאה מהמפץ

    כל האמור מתייחס לכל תא בודד, במיליירדי התאים שבאדם מתרחשים אין סוף פעולות שליצור כל אחת מהן באופן מלכותי היה צורך במדענים ואמצעי יצור מתוחכמים ביותר.
    התא הוא רק אחד מני אין סוף חלקים שכל אחד מהם מורכב מאין סוף יצירות מתוחכומות ביותר.
    האדם הוא רק אחד מני אין סוף יצורים שכל אחד מהם מורכב מכמות אין סופית יצירות מתוחכמות ביותר. כמה בתי חרושת היה צריך כדי לפרק את המזון בצורה שכל בעל חיים עושה בצורה פשוטה.
    בעלי החיים הם רק אחד מני אין סוף יצירות מתוחכמות שבכדור הארץ.
    כדור הארץ הוא רק אחד מני אין סוף יצירות מתוחכמות שבמרחב האין סופי של בעולם.
    ההרמוניה ששוררת בין כל חלקי כל גלקסיה ובין הגלקסיות כולן לא ניתנת כלל להבנה.
    ואני צריך להאמין שכל זה יכול ליווצר כתוצאה ממפץ.
    אולי כדאי שנתחיל לחפש בגלקסיות האחרות מחשבי על שנוצרו כתוצאה מהמפץ. רכבים שחלקיהם התחברו לבד. תחנות כוח הנוצרו לבד. ושכולם מתנהלים בהרמוניה מלאה. המחשבים והרכבים יוצרים לעצמם את האנרגיה הדרושה, וכו'.