החלבונים הם מכונות זעירות שמניעות את כל תהליכי החיים, החל בתהליכים הבסיסיים ביותר בתא, דרך התקשורת בין התאים וכלה בבנייה של מבנים מורכבים. בשל חשיבותם, תהליך הבנייה שלהם מורכב ונתון לבקרה הדוקה מרגע שהם יוצאים מהריבוזום ועד שהם מופרשים לחלל התא ולאברונים השונים בו, חודרים לקרום התא או מופרשים ממנו החוצה.
אחד התהליכים החשובים ביותר בייצור החלבון הוא השינוע שלו ממקום למקום. יש כמה תחנות שבהן החלבון צריך לעבור עיבוד עד לתוצר הסופי, וכדי שיעבור בין התחנות הללו פועל מנגנון שילוח המבוסס על בועיות שומן בשם שלחופיות (וסיקולות).
אפשר לדמות את תהליך השינוע לכמה קווי אוטובוס שכל אחד מהם יודע לנסוע רק מתחנה אחת לתחנה שנייה. החלבון מתחיל את דרכו בתחנה הראשונה – הרשת האנדופלסטית (Endoplasmic Reticulum). הרשת הזו היא מעין של מפעל אריזה שהחלבון מגיע אליו בצורתו הגולמית ביותר, מקופל ומוצמדים לו שיירים שונים. לאחר מכן הוא נכנס לאוטובוס הראשון ונע אל התחנה השנייה – אברון גולג'י, שהוא המקום שבו מוצמדים לחלבון שיירים סוכריים שנועדו לשמר את המבנה שלו ולסייע לו בביצוע תפקידו.
הגולג'י מתפקד גם כתחנת שילוח שבה החלבונים מסומנים ונשלחים לאתרי היעד השונים, כמו קרום התא, חזרה לרשת האנדולסמטית, אל הליזוזום (אתר המיחזור של התא) או מופרשים החוצה מהתא. התנועה זו היא חד-כיוונית, כך שבשביל לנוע בכיוון ההפוך (מהגולג'י אל הרשת האנדופלסמטית) צריך אוטובוס נפרד.
תהליך עגינת האוטובוסים ופריקת החלבונים מתרחש על ידי איחוי של השלחופיות עם קרום האברון שאליו הגיעו, כמו שתי בועות סבון שמתאחדות לבועה אחת גדולה. ברגע שהקרומים שלהם מתאחדים, תכולת השלחופית נשפכת לתוך אברון המטרה.
איחוי שלחופיות והשחקנים העיקריים המעורבים בתהליך | האילוסטרציה לקוחה מוויקיפדיה. נוצרה בידי Mitoribo
חתני פרס נובל השנה הם מדענים שפענחו את מנגנון השינוע של החלבונים בין התחנות השונות.
פרופ' תומס סודהולף (Thomas C. Südhof) זיהה כמה שחקנים חשובים בתהליך שחרור החלבונים מתוך השלחופיות ופענח חלק מהמנגנון האחראי על כך.
פרופ' ג'יימס רוטמן (James E. Rothman) פענח את תהליך העגינה של השלחופיות המאפשר את שחרור החלבונים שהן נושאות אל התחנה. בניסוי פשוט ומבריק הוא יצר שלחופיות סינתטיות שלא מכילות דבר פרט לשני השחקנים שבהם הוא חשד במעורבות בתהליך עגינת השלחופיות, והראה שקשירה של שניהם מספיקה כדי לקשור ולאחות שתי שלחופיות.
פרופ' רנדי שקמן (Randy W. Schekman) זיהה במודלים בשמרים שחקני מפתח בשינוע החלבונים. הוא עשה זאת על ידי סריקת שמרים שיש להם בעיה בהולכת החלבונים (נקרא לזה פקק תנועה או שביתה של אוטובוסים) וזיהה גנים פגומים שגרמו להיווצרות הבעיה הזו. ברגע שזיהה את הגן הפגום הוא היה יכול לקשור אותו לתהליך שנפגע.
מה שמעניין בעבודתם של שלושת חתני פרס נובל השנה הוא שאף על פי שעבודותיהם נערכו במודלים שונים לחלוטין (תאי יונקים מול שמרים), השחקנים העיקריים בהן הם אותם שחקנים, או לפחות יש ביניהם דמיון מבני וגנטי גבוהים במיוחד שמעידים עד כמה עתיק המנגנון הזה באבולוציה. בזכות תגליותיהם הובנה דרך פעולתן של מחלות רבות ופותחו תרופות נגדן. הדוגמה הנפוצה ביותר היא חיידק הבוטולינום שמייצר את הרעלן הקטלני ביותר המוכר לאדם, ומתברר שהרעל הזה נקשר לאחד השחקנים שגילה רוטמן ומונע איחוי של שלחופיות. אותו רעלן קטלני משמש בתעשיית התרופות לפתרון בעיית הזעה (בעזרת השתקת העצב שמעצבב את בלוטות הזיעה) ומתיחת פנים (בוטוקס).
אתם מוזמנים לצפות בכמה סרטונים שהעלינו בעבר, שסוקרים את התהליכים השונים בשינוע החלבונים:
תהליך יצירת החלבונים – סוד החיים: סקירה קצרה של תהליך יצירת החלבונים
אברון גולג'י – משרד הדואר של התא: סקירה על מיון החלבונים באברון גולג'י
מנגנוני הפרשת חלבונים מהתא: סקירה של הפרשת החלבונים מהתא
מיחזור חלבונים בתהליך קליטת הגלוקוז: סקירת תהליך המיחזור של חלבונים תוך שימוש בקליטת הגלוקוז כמודל
תנועת ואסיקולות בתא - סרטון על אחד מאמצעי התחבורה של חלבונים בתא
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 ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
