פריצת דרך בחקר תהליכי ייצור האנרגיה
חוקרים בפקולטה לכימיה ע”ש שוליך גילו כי תהליכים אלה מושפעים מההרכב של ממברנת התא
ד”ר נדב אמדורסקי
ד”ר נדב אמדורסקי מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון פיתח טכנולוגיה חדשנית לחקר מעברי פרוטונים בממברנה הקשורים לייצור האנרגיה בנשימה תאית ובתהליכי פוטוסינתזה. המחקר התפרסם בכתב העת של האקדמיה האמריקנית למדעים – PNAS.
אנרגיה היא משאב חיוני בעולם החי, ובלעדיה לא יתכנו חיים. כל בעלי החיים והצמחים משתמשים באותו סוג של מטבע אנרגטי הקרוי ATP ואוגר את האנרגיה כאנרגיה כימית. המנגנון המולקולרי ליצירת ה-ATP מתבסס על חלבון הנמצא בתוך ממברנה. אפשר לדמות את פעילות החלבון לפעולה של מנוע ננומטרי המונע על ידי פרוטונים. כאשר המנוע מקבל דלק – פרוטונים – חלקי החלבון נעים.
פעולתו הכללית של מנוע חלבוני זה ליצירת ATP ידועה כיום, אך כיצד מגיעים הפרוטונים לחלבון? שאלה זו עדיין לא נפתרה במלואה עד כה, משום שממדי תהליך תנועת הפרוטון, בזמן ובמרחב, זעירים מאוד: תנועה של ננומטרים ספורים בפרקי זמן של ננו-שניות.
במאמר הנוכחי מתוארת הטכנולוגיה שפיתח ד”ר אמדורסקי לחקר התהליך הזעיר והמהיר הזה המתרחש על פני השטח של ממברנות. הטכנולוגיה מבוססת על גשש מולקולרי מקורי הנצמד לממברנה ומשחרר פרוטון בכל פעם שאור (פוטון) פוגע בו. במילים אחרות, זוהי טכנולוגיה שיכולה להפיק את הדלק ליצירת המטבע האנרגטי על פני השטח של ממברנות בעזרת אור.
הגשש המולקולרי שפותח בטכניון מבוסס על מולקולה כימית מסקרנת מאוד בשם פוטו-חומצה. כאשר מולקולה זו בולעת אור, ורק אז, משתנות תכונותיה הכימיות והיא הופכת לחומצה חזקה. המאפיין העיקרי של כל חומצה חזקה הוא שחרור מהיר של פרוטון בסביבה מימית, וכך קורה גם כאן.
לדברי ד”ר אמדורסקי, “במעקב אחר התהליך הזה גילינו שהתנועה של פרוטונים על פני השטח של הממברנה, והאינטראקציה בין פרוטונים על הממברנה לפרוטונים שבתמיסה, תלויות באופן הדוק להרכב הממברנה, כלומר לסוג הליפידים שמרכיבים אותה.” מחקר זה מהווה אבן דרך חשובה מאוד בהבנת אחד התהליכים החשובים ביותר בטבע.
המחקר נתמך על ידי תוכנית Chaya Career Advancement Chair, מכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה (RBNI) ותוכנית האנרגיה ע”ש גרנד.
למאמר שהתפרסם ב- PNAS לחצו כאן
באיור: סימולציה ממוחשבת (דינמיקה מולקולרית) המראה את מיקום הגשש המולקולרי על פני השטח של ממברנות שונות בעלות הרכב ליפידי שונה