הריבוזום – המפתח לחיים ברמה האטומית. הסבר על המערכת שעליה זכו פרופ' עדה יונת ושניים מעמיתיה בפרס נובל

הסבר פופולארי על הריבוזומים והרקע לבחירת חלוצי התחום ובהם פרופ' עדה יונת ממכון ויצמן: חלק ראשון מתוך ארבעה

בתחילת המאה העשרים הבסיס הכימי של החיים היה בגדר תעלומה. כיום, לעומת זאת, אנו יודעים כיצד מתפקדים רבים מהתהליכים החשובים ביותר, עד לרמה האטומית. פרס הנובל לכימיה לשנת 2009 הוענק עבור המיפוי המפורט של הריבוזום – ה”מפעל” העצמאי של התא לייצור חלבוניו. הריבוזום מתרגם את המידע הסביל האצור בד.נ.א. למבנה ותפקוד.

התיאוריה הכללית של האבולוציה, אשר פורסמה ע”י צ'ארלס דארווין בשנת 1859, מבוססת על ההנחה כי תכונותיו של האורגניזם מורשות ועוברות מדור לדור, וכי מדי פעם בפעם מתרחשים שינויים אקראיים. שינויים “מוצלחים”, אשר מגבירים את סיכויי ההישרדות של האורגניזם המסוים, הינם אלו המועברים לדורות הבאים.

מרגע שהקהילייה המדעית קיבלה את טיעוניו של דארווין הגיחו שאלות חדשות: מה בדיוק מועבר מדור לדור, היכן מתרחש השינוי האקראי, וכיצד שינויים אלו מתבטאים בסופו של דבר באורגניזם החי?

פרס הנובל לכימיה לשנת 2009 הינו השלישי בסדרה של פרסים המציגים כיצד התיאוריות של דארווין מתפקדות הלכה למעשה ברמת האטום. תמונות, המתקבלות באמצעות שיטות קרני-רנטגן שונות, מראות כיצד צופן הד.נ.א. הפשוט מסוגל לבטא את עצמו לא רק בשמיעה, ברגש או בטעם, או כשרירים, כעצמות וכעור, אלא גם כמחשבות וכשפה.

שלישיית הפרסים החלה באחד מפרסי הנובל המוכרים ביותר, זה של שנת 1962, כאשר ג'יימס ווטסון, פרנסיס קריק ומוריס ווילקינס זכו להכרה עולמית עבור תיאור המודל האטומי של פרודת הד.נ.א. הדו-גדילית. הפרס השני בשלישייה הוענק בשנת 2006 לרוג'ר קורנברג עבור מבני קרני-רנטגן המסבירים כיצד מידע מועתק לפרודת הר.נ.א. שליח.

הריבוזום מתרגם מידע גנטי לכדי תפקוד

שלושת חתני פרס נובל לכימיה לשנת 2009, ונקאטראמאן ראמקרישנן, תומס סטרייץ ועדה יונת, זכו בפרס עבור מיפוי הריבוזום – אחד ממנגנוני התא המורכבים ביותר ברמה האטומית. הריבוזום “קורא” את המידע האגור בר.נ.א.-שליח ועל-סמך מידע זה, בונה את החלבונים המתאימים. מדענים מתייחסים לתהליך זה כתרגום. במהלך תהליך תרגום זה הופכת שפת הד.נ.א./ר.נ.א. לשפת חלבונים, והחיים מגיעים למלוא מורכבותם.

הגוף מכיל עשרות אלפי חלבונים שונים השולטים בכל פעילויותיו בדיוק מופלא. דוגמאות לחלבונים אלו: המוגלובין (המעביר חמצן מהריאות לשאר חלקי הגוף), אינסולין (המבקר את רמות הסוכר בדם), נוגדנים (הלוכדים ומשמידים פולשים מזיקים לגוף) וקראטין (שהינו המרכיב המבני של שיער וציפורניים).

ריבוזומים קיימים בכל התאים של כל בעלי-החיים, החל בחיידקים ועד בני-האדם. מאחר ואף ייצור לא יכול להתקיים בלעדיהם, הם מהווים יעד מושלם לפעילותן של תרופות. רבים מחומרי האנטיביוטיקה דהיום תוקפים את הריבוזומים של החיידק, ללא פגיעה בריבוזומים של האדם. הידע שסיפקו זוכי הנובל של השנה הנוכחית יכול, כתוצאה מכך, להיות בעל ערך רב ביותר לפיתוחן של תרופות אנטיביוטיות חדישות.

חלבונים – “שרשרת של חרוזי חומצות אמינו”

בתחילת שנות הארבעים מיפוי התא התקדם עד כדי הרמה שבה מדענים הבינו כי תכונות התורשה מועברות ע”י הכרומוזומים. כרומוזומים מורכבים מחומצות גרעין (ד.נ.א.) וחלבונים. רוב קהיליית המדע האמין אז כי דווקא החלבונים הם נושאי התורשה מאחר והם היו מורכבים הרבה יותר מאשר הד.נ.א.

הקהילייה המדעית הוקסמה מהחלבונים. היה ידוע כי מספר חלבונים משמשים כאבני בניין. אחרים, כאנזימים, מתחילים ומבקרים תגובות כימיות. אולם, למרות שהם מבצעים תפקידים כה שונים בתא, כל החלבונים מורכבים מאותם אבני-הבניין, כלומר עשרים סוגים שונים של חומצות אמינו. כמו חרוזים בשרשרת, הם מחוברים יחדיו בשרשראות ארוכות. החיבור שביניהם, הידוע כקשר פפטידי, יציב ביותר. שרשרת חלבונית יכולה להכיל החל מעשר ועד עשרות אלפי חומצות אמינו. אינסולין, לדוגמא, קצר הרבה יותר מהמוגלובין המצוי בתאי הדם האדומים.

ד.נ.א. – נשא פשוט מידי עבור תכונות גנטיות

לעומת זאת, לפרודת הד.נ.א. הפנו המדענים תשומת לב מועטה בלבד בשנות הארבעים. בשנת 1871 הוא בודד מגרעין התא ע”י החוקר השוויצרי יוהאן פרידריך מישר. הוא כינה את החומר החדש גרעין.

בדומה לחלבונים, פרודת הד.נ.א. (הערך בוויקיפדיה) מורכבת משרשראות של חרוזים המהווים פרודות קטנות יותר. הד.נ.א., בשונה מחלבון, מכיל ארבעה מרכיבים בלבד, המכונים בסיסים (נוקליאוטידים). אלו נושאים עליהם ארבע קבוצות כימיות: אדנין (A), תימין (T), גואנין (G) וציטוזין (C). אולם, נראה כי ארבעה מרכיבים שונים בלבד הינם מספר מועט מידי מכדי לבצע תפקודים חשובים בגוף. משום כך, האמינו המדענים כי הד.נ.א. משמש בעיקר כשלד מבני של חלבוני הכרומוזום.

אולם, שנת 1944 הייתה שנת החזרה של הד.נ.א. במה שנודע כניסוי איוורי-מקלאוד-מקארתי, ד.נ.א. מחיידקים מתים הוחדר לתוככי חיידקים חיים והפך אותם מבלתי-פעילים (מחוללי מחלה) לפעילים. למרות הביקורת שהוטחה בניסוי, הד.נ.א. הפך למוקד חדש לתשומת ליבה של קהיליית המדע. ההבנה כיצד מסוגל הד.נ.א. לשאת תכונות תורשתיות הגיעה לראשונה עם הצגתו של המודל האטומי של מבנה הסליל הכפול.

הסליל הכפול האלגנטי

בעשרים ושמונה בפברואר 1953 ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק הרכיבו בהצלחה את פיסותיו של תצרף הד.נ.א. במשך מספר שנים הם ניסו להבין כיצד ארבעת בסיסי פרודת הד.נ.א. יכולים להשתלב למבנה תלת-מימדי.

תמונת התאבכות ברורה וחדה של קרני-רנטגן, שהופקה ע”י רוזלינד פרנקלין בלונדון, הראתה, בין יתר הדברים, כי הד.נ.א. יוצר מבנה לולייני, סלילי, המורכב משני גדילים. בחינה מדוקדקת יותר הראתה כי הד.נ.א., ללא קשר באם מקורו מחיידק, חרק או בע”ח, מכיל תמיד את אותה הכמות של צמד הבסיסים אדנין ותימין, והצמד גואנין וציטוזין. אולם, ווטסון וקריק עבדו עם נוסחה כימית שגויה של הבסיסים. תיקון שגיאה זו ע”י אחד מעמיתיהם הוביל להבנתם כי אדנין מתחבר תמיד לתימין וכי גואנין מתחבר לציטוזין. צמד הנוקליאוטידים, או צמד הבסיסים, כפי שהם מכונים בדרך כלל, הינם בעלי אותו הגודל ומשתלבים באופן מושלם בסליל הכפול. קהיליית המדע הבינה אז כי הקוד הגנטי טמון ברצף הבסיסים המצוי על כל אחד מהגדילים. לדוגמא, הרצף ATTGCCAT מייצג דבר שונה לחלוטין מהרצף GCGTATAG. בשלב הבא הבינו המדענים כי רצף הבסיסים שולט על רצף חומצות האמינו בחלבונים. אולם, נותרה עדיין השאלה: הכיצד?

על תשובה זו נענה בחלק ב' של סקירה זו,
לחלק ג' של הסקירה ובו תיאור התגלית של יונת אודות חיידק מים המלח

לחלק רביעי ואחרון של הסקירה, והמשך פירוט על תגליותיה של פרופ' יונת

למקור הסקירה באתר פרס נובל

עוד בנושא באתר הידען:

• עבודתה של פרופ' יונת איפשרה להבין דרך פעולתם של חמש תרופות אנטיביוטיות
• עדה יונת זכתה בפרס נובל לכימיה לשנת 2009
• לראיון עם עדה יונת שפורסם בסיינטיפיק אמריקן לפני כשנה – דובי קוטב וריבוזומים שיכורים
• מפצחת הריבוזומים – ראיון למגזין מכון ויצמן
• מסתורי הקשר הפפטידי – מגזין מכון ויצמן