פגיעתו הרעה של החמצן

עקה חימצונית והשפעתה על פעילותו של אנזים מפתח בתאים

מעבדת אלה פיק, החוג לביולוגיה וסביבה, אוניברסיטת חיפה, אורנים

עקה חימצונית בתאים חיים נובעת מתהליכי חילוף חומרים כמו צריכת חמצן בזמן הנשימה, כמו גם מחשיפה לחומרים מחמצנים בסביבה. חשיפה של תאים לרמות גבוהות של עקה חימצונית עלולה לגרום לפגיעה במבנה ותפקוד של חלבונים, שומנים ונוקלאוטידים, ואף להוביל למחלות כגון סרטן ופרקינסון או לזרז תהליכי הזדקנות.

מולקולות ממשפחת האוביקוויטין נקשרות לחלבונים בתאים ושולטות על שלמותם. בכך הן ממלאות תפקיד חשוב בשמירה על מאזן החלבונים בתא ובהגנה מפני עקות שונות. אבל, עצם תהליך האיחוי של המולקולות דמויות האוביקוויטין עשוי להשתבש בגלל עקה חימצונית. תהליך זה תלוי בשרשרת של אנזימים המכילים את החומצה האמינית ציסטאין באתר הפעיל. חומצה אמינית זו ידועה כרגישה במיוחד לעקה חימצונית. על כן ייתכן שאיחוי של האוביקוויטין אל חלבון המטרה ייפגע במצב של חשיפה לתנאים מחמצנים. הסטודנטית יובל קליין (שטרית), בהנחייתה של ד"ר אלה פיק, בדקה את הרגישות לעקה חימצונית של האנזים הראשון בשרשרת אנזימטית, הדרושה לאיחויו של חלבון RUB1 דמוי האוביקוויטין ( related-Ubiquitin-1 ) עם חלבון מטרה. Rub1 הוא חלבון שמור אבולוציונית ורב-תכליתי, עם תפקיד חשוב בבקרת חלוקת התא, ובקרת התיקון של נזקי דנ"א והיציבות הגנומית.

עקת חימצון פוגעת ביכולתו של אנזים מפתח לאחות בין שני חלבונים בתא השמר

החוקרות השתמשו לצורך הניסויים בתאים של שמר אפיה, אורגניזם אאוקריוטי פשוט ביותר, המוכר לכולנו מתפקידיו הקולינריים. תאי השמרים מכילים מערכת Rub1  דומה לזו שבבני אדם. השימוש בשמר כאורגניזם מודל זו בחירה מצוינת, מפני ששמרי-אפיה, בשונה מאתנו אינם מייצרים אנרגיה מנשימה תאית חימצונית באופן בלעדי: כשמצע המזון עשיר בסוכר, הם מיצרים אלכוהול (בסיס לתעשיית היין והבירה). עם זאת, כשהסוכר במצע נגמר, השמרים צורכים את האלכוהול שייצרו, ומפיקים ממנו אנרגיה תוך נשימה תאית בנוכחות חמצן, ואז יש חשש לעקה חימצונית ולצבירת נזקי חימצון. היכולת להפריד בין שני סוגי הנשימה מאפשרת השוואה ייחודית של פעילות האנזים הראשון בשרשרת האיחוי בתנאי סביבה שונים. החוקרות השרו עקה חימצונית בשמרים גם בשיטה זו וגם בשיטה נוספת, טיפול במי חמצן, ומדדו את פעילות האנזים. ניסויים אלה הראו שתנאים חימצוניים אכן פוגעים בפעילותו של האנזים הראשון בשרשרת האחראית לקשירת RUB1, וכך נמנעת קשירתו לחלבוני המטרה. תוצאות המחקר מעלות שאלות לגבי יעילותן של מערכות הבקרה התאיות בתנאי חימצון, ולגבי הנזקים הנגרמים לתאים כשמערכות אלה משתבשות.