יש לנו כימיה
עבודתם החלוצית של ורשל, לויט וקרפלוס אפשרה לתאר את האטומים בחלבון וכיצד הם נעים בזמן. "קיפול חלבונים", מולקולות והישג כביר אחד
2004 ,2009, 2011 ועכשיו גם 2013. הפרס היוקרתי ביותר על ההישגים המשמעותיים ביותר במדע הכימיה מוענק לישראלים שחוקרים (או חקרו) במוסדות מחקר ישראליים. למרות שארבעת פרסי הנובל הוענקו כולם עבור הישגים בתחום הכימיה, תחומי המחקר היו די שונים זה מזה. מעבר לכך, לפחות אחד הזוכים מתוך הארבעה העריך שאם יקבל את הפרס הנכסף יהיה זה בתחום הפיזיקה ואילו במקרה אחר ההערכה הייתה שהפרס יוגדר כהישגים בתחום הרפואה.
הסיבה שארבעת ההישגים המדעיים הוגדרו כהישגים בתחום הכימיה היא תרומתם להבנתן של מולקולות מורכבות. גם הזכייה של לוויט, ורשל וקרפלוס היא עבור הבנת מולקולות מורכבות וגדולות המעורבות בתהליכים ביולוגיים.
עוד בערוץ החדשות של ynet:
מבחן הגיאוגרפיה של בן גוריון לגדעון סער
מדעי הרוח: כמה שווים יצירתיות וביקורתיות?
המולקולות הן הפועלות החרוצות המוציאות לפועל תהליכים ביולוגיים. מעבר לביולוגיה, המולקולות נמצאות במרכז חיינו בכל היבט שהוא. הן מורכבות מאוסף של כדורים קטנים (אטומים) הקשורים זה לזה ונדרשת אנרגיה גדולה מאוד לנתק אטום מהמולקולה שאליה הוא קשור.
יש מולקולות קטנות המורכבות ממספר מצומצם של אטומים (מולקולת חמצן - שני אטומים, מולקולת מים - שלושה אטומים). גם המולקולות שמחפשים על מאדים כעדות לקיום חיים הן מולקולות קטנות. למרות החשיבות הגדולה של המולקולות הללו (אפילו לקיום חיים), ישנן מולקולות רבות, חיוניות ביותר, בגוף חי המורכבות ממספר גדול מאוד של אטומים. אלו הם החלבונים וחומצות גרעין (DNA או RNA) הקיימים בכל מערכת ביולוגית.
החלבונים הם מולקולות העשויות להיות מורכבות מאלפי אטומים. הפרוטאזום, שעמד במרכז פרס נובל של הרשקו וצ'חנובר מהטכניון ב-2004, הוא דוגמה לחלבון שכזה (הפרוטאזום ליתר דיוק הוא תוצאה של שילוב של כמה חלבונים יחד היוצרים מבנה גדול). גם הריבוזום, שעומד במרכז עבודתה של עדה יונת ממכון ויצמן ואשר זיכה אותה בפרס ב-2009, הוא מולקולה עצומה המורכבת מאלפי אטומים (הפעם שילוב של חלבונים יחד עם RNA).
עבודתם החלוצית של ורשל, לוויט וקרפלוס הייתה תשתית להבנה מולקולרית מעמיקה של הכוחות הפועלים בתוך מולקולות גדולות כמו חלבונים. חלבונים, מעבר להיותם גדולים, הם גם גמישים מאוד ודינמיים. רובם המכריע של החלבונים מסודרים במבנה תלת ממדי ייחודי שבו לכל אטום מיקום מסוים. אנו מכנים תהליך זה של סידור האטומים במרחב "קיפול חלבונים". הסידור המרחבי הייחודי של כל חלבון יחד עם התנודתיות היחסית של האטומים מגדירים כל חלבון וחלבון ומאפשרים לו לבצע את הפעילות הביולוגית שעליה הוא אמון.
אחת השאלות המרכזיות במחקר חלבונים שאנו, חוקרי חלבונים, לומדים כיום באמצעות אותם כלים חישוביים שזיכו השנה בפרס נובל, היא כיצד חלבון מתקפל (מהר ונכון ובדרך כלל אף ללא עזרה) ומהי הדינמיקה שלו. מעבר לקושי הרב ללמוד חלבון בגלל גודלם והדינמיקה שלהם, מרחב הזמנים של התנועה שלהם - שבו מתרחשים תהליכים ביולוגיים - הוא גדול מאוד ולא מאפשר הבנת המולקולות כפי שאפשר להבין מולקולות קטנות כמו מולקולת חמצן ומולקולת מים.
בעבודתם החלוצית תיארו ורשל, לוויט וקרפלוס, על בסיס תיאוריה שפותחה במכון ויצמן בהנחייתו של פרופ' שניאור ליפסון ז"ל, משוואות פשוטות יחסית המתארות את התנהגות האטומים בחלבונים. התיאוריה הפיזיקלית תורגמה לתוכנת מחשב ואפשרה תיאור האטומים בחלבון (או בכל מולקולה מורכבת אחרת) וכיצד הם נעים בזמן. זו הייתה אבן הפינה ללמידה של תהליך קיפול חלבון.
כמובן, לפני כ-40 שנה המחשבים לא היו מפותחים כמו אלו של היום ולכן עבודת המחקר של השלושה לא הצליחה ללמוד חלבונים בסקלות זמנים ביולוגיות. אולם כיום נעשה שימוש רחב מאוד בתיאוריה הפיזיקלית שהם ביססו וכן במחשב כדי ללמוד מורכבות ביולוגית ברמה מולקולרית. יכולות המחשוב כיום כבירות ואכן מאפשרות ללמוד קיפול חלבונים רק מתוך שיקולים פיזיקליים וכימיים ולהבין כיצד מולקולת חלבון מצליחה לבצע פעילות ביולוגית, לדוגמה להאיץ תהליכים, לקשור מולקולות אחרות, להסיע חומרים בגוף וכו'.
הכלים החישוביים הללו במקרים רבים לא רק מסבירים תופעות ידועות אלא מנבאים תופעות שרק בשלב מאוחר יותר נצפו בניסויים מעבדתיים. גישות מדעיות תיאורטיות וחישוביות מקובלות מאוד בתחומי הכימיה והפיזיקה שנים רבות, והן יהפכו ליותר ויותר סטנדרטיות להבנת מולקולות גדולות ומורכבות המשתתפות בתהליכים ביולוגיים.
מדע הכימיה הוכיח שוב את מרכזיותו במדעי הטבע, כמובן בשילוב עם מדע הפיזיקה, בהבנה יסודית יותר של המולקולות שעושות את הביולוגיה.
פרופ' קובי לוי, המחלקה לביולוגיה מבנית מהפקולטה לכימיה במכון ויצמן
לפנייה לכתב/ת 
