התנועה המולקולרית בתא החי: עניין גיאומטרי
כיצד משפיעה הגיאומטריה על חוקי התנועה של מולקולות בתא החי? מחקר בו שותף נשיא אוניברסיטת ת"א, יוסף קלפטר, שופך אור על פעילות תאית כמו שעתוק ותרגום החומר הגנטי
מחקר מדעי בו שותף נשיא אוניברסיטת ת"א, פרופ' יוסף קלפטר, יחד עם חוקרים מאוניברסיטת פאריס-6, חושף כיצד משפיעה הגיאומטריה על חוקי התנועה של מולקולות וחלקיקים בתוך התא החי.
מאמר בנושא פורסם השבוע בכתב העת "Nauture Chemisrty" והוא מעלה תובנות חדשות על הכימיה התוך-תאית העומדת בבסיס תהליכים כגון שעתוק ותרגום החומר הגנטי ופעילותן של תרופות.
בכל תהליך כימי מתרחש מפגש של מולקולות. משך הזמן של הפעילות תלוי בקרבה היחסית בין החומרים השונים, אך גם בגיאומטריה של התווך הבין-מולקולרי.
משך הזמן הוא משתנה חשוב ביותר, למשל בתהליך שיעתוק החומר הגנטי האצור במולקולת הדנ"א שמשתתפים בו חלבונים רבים. תנאי מרכזי להתרחשות השיעתוק במהירות וביעילות הוא שהמפגש הפיזי בין המולקולות יתרחש תוך פרק זמן קצר. הבנה של הגורמים המשפיעים על זמני המפגש מעסיקה אם כן את המדענים, וזאת עקב האתגר להסביר את התנועה האקראית האופיינית למולקולות.
הבוטנאי רוברט בראון הציע דרך לתאר את התנועה הזאת, הקרויה עד היום על שמו, "תנועה בראונית", על אף שהיה זה אלברט איינשטיין שניסח אותה.
בראון היה הראשון שגילה את התופעה הפיסיקלית בה חלקיקים זעירים השקועים בנוזל אינם עומדים מלכת אלא נעים באקראי. התנועה הבראונית ידועה גם כדיפוזיה (פעפוע של חומר הנוצר עקב הפרש ריכוזים), אולם היא אינה מספקת הסבר שלם לתופעה.
הרעיון המקובל, בכל זאת, הוא כי עקב שוני במאפייני הדיפוזיה, הכימיה שבתוך תא חי או בכל סביבה מורכבת אחרת, שונה מזו המתקיימת במבחנה שבמעבדה. במחקרם הנוכחי, הצליחו פרופסר קלפטר ועמיתיו לקשר בין מאפיינים גיאומטריים יסודיים של התווך הבין-מולקולרי לזמן ההגעה של מולקולה מנקודה אחת לשנייה.
המסקנה העיקרית היא שמידת ההשפעה של המרחק הראשוני בין החומרים המגיבים על משך הזמן החולף עד המפגש ביניהם נחלקת לשתיים: בתווך בין-מולקולארי המכונה קומפקטי, כל מולקולה נעה באופן המאפשר את הימצאותם של אתרים בהם לא ביקרה כלל. בתווך זה השפעת המרחק הראשוני קטנה.
בתווך שאינו קומפקטי, לעומת זאת, המצב הפוך: כל אתר מבוקר פעמים רבות. בתווך זה קיימת חשיבות רבה למרחק הראשוני משום שהבדל קטן בו עלול לגרום להגדלת משך הזמן הנדרש עד לפגישה.
את התופעה אותה גילו מכנים החוקרים: "קינטיקה (תנועה) מבוקרת גיאומטריה" והם מביעים תקווה כי המסקנות העולות מהמחקר יהיו שימושיות לצורך הבנה של תגובות המתרחשות בתאים חיים.
למחקר בסיסי בנושא זה עשויות להיות השלכות על תחומים רבים הנוגעים לכימיה של סביבות קטנות ודחוסות. בתאים הוא יאפשר לחקור את פעילותן של תרופות, לפתח תרופות מותאמות אישית ובהמשך אולי לסייע בפיתוחן של מניפולציות גנטיות לצורך ריפוי, באמצעות החלפת גנים פגומים בתקינים.
לפנייה לכתב/ת 
פרופ' יוסף קלפטר
באדיבות אוניברסיטת תל אביב
