עמוד הבית > מדעים > ביולוגיה > גנטיקה
ספרית מעריב


תקציר
מה תפקידם של הגנים, וכיצד הם פועלים? המאמר עוקב אחר מקורותיו השונים של הרעיון כי הגנים יוצרים חלבונים בכלל ואנזימים בפרט, ומביא סקירה של תפקידיהם של החלבונים והאנזימים.



הגן הלכה למעשה : כיצד גורם הגן ל"תכונה"?
מחבר: קולין טאג'


כדאי להתחיל את הסיפור הזה מן האמצע (יש להודות כי הסדר הכרונולוגי הקפדני אינו מועיל כלל). פרנסיס קריק (שעליו ארחיב את הדיבור להלן) מספר כי זכור לו במעורפל כיצד העיר בשנות ה-40: "הדבר הכי מועיל שגן יכול לעשות הוא להנחות את הסינתזה של חלבון."1 ואכן, זהו בדיוק מה שהגנים עושים: הם "מנחים את הסינתזה" של חלבונים. ודאי, עובדה זו לא היתה מבוססת סופית בשנות ה-40; אבל בה במידה, הדעת נותנת שהיתה לקריק סיבה טובה, באותם ימים, לחשוב כפי שחשב. אם כן, כיצד הגיע קריק למסקנתו זו, בשנות ה-40?

אפשר להשיב על עיקר השאלה הזאת באמצעות סקירה של מה שעושים החלבונים, והם עושים הרבה מאוד. קודם כול, הם יוצרים חלק גדול ממארג הגוף. חלקם, כמו האינסולין, משמשים כהורמונים. אחרים פועלים כ"קולטנים" הקבועים בדופנותיהם החיצוניים של תאים, ואלה תופסים מולקולות חולפות של הורמונים (או של סמי תרופה) ומעבירים את המסרים שלהם לתאים; או תופסים (ולפיכך מזהים) חומרים זרים בגוף, וזהו הצעד הראשון בתגובה חיסונית. הם גם מספקים חלק חשוב של התגובה החיסונית הזאת, משום שהמולקולות החיוניות לחיסון, ה"נוגדנים", אף הן חלבונים.

אבל יותר מכול, החלבונים משמשים כאנזימים - הזרזים הטבעיים של התא, המווסתים את התהליכים הכימיים של התא (כלומר, המטאבוליזם, חילוף החומרים). כך הם מסייעים ביצירת כל שאר מרכיבי הגוף - השומנים, העצמות וכדומה - משום שהם השליטים העיקריים בנתיבים המטאבוליים שבהם מסונתזים המרכיבים הללו. מסתבר שרוב החלבונים משמשים כאנזימים, ורוב רובם של האנזימים הם חלבונים (אם כי לא כולם, וזה מסקרן מאוד, כפי שנראה). הרושם הוא אם כן שמה ששולט בחלבונים - וביתר ייחוד, מה ששולט באנזימים - שולט בגוף כולו. אין ספק איפוא שאם הגנים יוצרים חלבונים, יש בידיהם עוצמת שלטון אדירה.

אפשר להתחקות אחר מקורותיו השונים של הרעיון כי הגנים אכן יוצרים חלבונים בכלל ואנזימים בפרט. הראשון והחיוני ביותר, כמובן מאליו, הוא הרעיון שיש בכלל אנזימים, ואת הרעיון הזה יש לייחס לכימאי הגרמני הדגול אדוארד בוכנר, בשלהי המאה התשע-עשרה. ב-1897 יצא בוכנר לחקור את מיצי השמרים; אחרי ככלות הכול, השמרים עניינו ביותר את תעשיות בישול השיכר, הזיקוק והאפייה - שלוש מהתעשיות הגדולות ביותר בעולם. הוא ריסק את השמרים כדי להפיק מהם את מיציהם, והחליט לאחסן את המיצים הללו בשיטה שהיתה מקובלת מאוד על הטבחים מימים ימימה לאחסנת מצרכים מתכלים - בסוכר, המשמר בדרך-כלל חומר ביולוגי מתכלה על-ידי כך שהוא "מוצץ" ממנו את המים (באוסמוזה), כך שחיידקי הרקב אינם יכולים לפעול עליו. אולם מיץ השמרים של בוכנר התסיס את הסוכר ויצר כוהל אתילי. כך התגלה לראשונה כי הגורמים לתסיסה - שנודעו עד אז בשם "תססים" - יכולים לפעול "במבחנה", כלומר מחוץ לסביבת התא. בוכנר שינה את שמם של התססים הללו לאנזימים, מלה שפירושה "בתוך השמרים".

היסוד הרעיוני הבא - שבפועל היה אפשר לבססו רק בעבודה שנמשכה שנים רבות - הוכיח כי (א) יש בטבע אלפים רבים של אנזימים שונים, ו(ב) רוב האנזימים האלה, מלבד כמה יוצאים מן הכלל, הם חלבונים. הנקודה השלישית שהוכחה היתה זו שנוכחותם (או העדרם) של אנזימים מסוימים אכן מתקשרת לנוכחותם (או להעדרם) של גנים מסוימים. שוב, היה צורך במספר רב של ניסויים כדי לאמת זאת, אבל שוב, רק כמה תצפיות זכאיות להתקרא "קלאסיות".

לפי סדר הזמנים, הראשונה מבין ה"קלאסיות" הללו היתה עבודתו של הרופא האנגלי סר ארצ'יבולד גרוד ב-1902, שחקר את המחלה התורשתית אלקפטונוריה. השתן של הסובלים ממנה משחיר בהיחשפו לאוויר, וזה משונה, אבל לכאורה לא חשוב ביותר; מצד שני, אנשים אלה גם סובלים משיגרון בהמשך חייהם, וזה בוודאי חשוב. גרוד וויליאם בייטסון (שוב) אימתו כי מחלה זו עוברת מדור לדור במשפחות, והיא שכיחה יותר בנישואי דודנים; ואכן, הם ביססו היטב מתכונת תורשה מנדלית (עד כמה שהדבר אפשרי במדגמים קטנים). גרוד גם הראה כי הסובלים מאלקפטונוריה מפרישים חומצה הומוגנטיסית (HA), וזו אכן משחירה בבואה במגע עם אוויר. אנשים "רגילים" מפרקים את החומצה ההומוגנטיסית (המצויה בסוגי מזון שונים) ואחרי כן מפרישים את מוצרי ההתפרקות. לפיכך טען גרוד כי אלקפטונוריה היא "שגיאה מולדת של חילוף החומרים". לימים זיהה עוד שלוש "שגיאות מולדות" כאלה. מכאן, ומחקירותיו הבאות במחלות תורשתיות, עלה בידו (א) לטעון כי "שגיאות מולדות" נגרמות על-ידי פגמים באנזימים מסוימים, ו(ב) להציע ארעית את הסיסמה שנעשתה מפורסמת מאז, "גן אחד, אנזים אחד".

חשיבות מרובה נודעה גם לניסוי שערכו ג'ורג' בידל ואדוארד טייטום בארצות-הברית. הם חקרו את עובש הלחם הכתום, crassa Neurospora - פטרייה המסוגלת להתקיים על תפריט פשוט מאוד של מלחים אי-אורגניים, בתוספת סוכר ענבים (גלוקוזה) או סוכר הקנה (סוכרוזה) לאספקת פחמן, וכן ויטמין יחיד, ביוטין. השניים השתמשו תחילה בקרני רנטגן כדי לגרום למוטציות בעובש, ואחר-כך הכליאו את המוטנטים שקיבלו עם crassa .N רגיל, "בר", כדי להראות כי כל התופעות שהתגלו בדורות הבאים אכן נגרמו על-ידי שינויים בגנים, ולא נבעו פשוט מכך שהעובשים שהוקרנו היו חולים.

צאצאי המוטנטים שנוצרו באמצעות קרני רנטגן לא היו מסוגלים להתקיים על התפריט הפשוט הרגיל. מקצתם נזקקו בעליל לוויטמין נוסף, או לכמה ויטמינים נוספים, על מנת לגדול. אחרים לא היו מסוגלים לסנתז אחת או אחדות מהחומצות האמיניות הנחוצות לבניית חלבונים (ועל כך ארחיב את הדיבור בהמשך). כל מוטנט סבל מפגם כלשהו, משום שחסר לו אנזים מסוים. בהכלאות נוספות אימתו בידל וטייטום כי לכל מום כזה אכן היה בסיס גנטי פשוט. הדבר העניק תמיכה חזקה לסיסמה "גן אחד, אנזים אחד".

בשנות ה-50 של המאה הנוכחית (ולא לפני כן! מפליא, מה רבות היו התגליות המכריעות, הקרובות כל-כך לימינו אלה) בא הכימאי האמריקני הדגול שנעשה ביולוג, ליינוס פולינג, והרחיב את הכלל הזה; למעשה, הוא שהקנה לו את צורתו המודרנית: "גן אחד, חלבון אחד". הוא הראה כי לצורה האפריקנית של אנמיה תורשתית, הקרויה "אנמיה חרמשית", יש בסיס גנטי פשוט (גם על כך ארחיב את הדיבור בהמשך הדברים). הוא גם הראה כי הגן האשם גורם לפגם ספציפי בהמוגלובין, הצבען (פיגמנט) החלבוני הנושא את החמצן בדם. מכאן שגנים פגומים גורמים לחלבונים - לא רק אנזימים - פגומים נוספים.

למען האמת, כיום אנו יודעים שאפילו הסיסמה "גן אחד, חלבון אחד" זקוקה לליטוש נוסף. חלבונים רבים, לפחות כפי שהם מופיעים בצורתם המוגמרת בגוף, מסונתזים באמצעות כמה גנים, שכל אחד מהם תורם חלק. רבים מהם מתקפלים לצורתם התפקודית הסופית, התלת-ממדית, בעזרת חלבונים משניים, הקרויים "שפרונינים", ואלה חייבים להיווצר בעצמם על-ידי גנים אחרים. ולמעשה, רוב החלבונים אינם נעשים תפקודיים בטרם הסתפחו אליהם "אוליגוסכרידים" (סוכרים) שונים, וגם זה נעשה בעזרת אנזימים, וכל אחד מאלה נוצר באמצעות גן אחד, או כמה גנים. אבל על-פי-רוב, כלל "גן אחד, חלבון אחד" יכול לשמש אותנו היטב.

- אם כן, מהו בדיוק גן?

לפריטים נוספים מתוך הפרק:

הגן הלכה למעשה
הגן הלכה למעשה : מיקרוסקופים וכרומוזומים
הגן הלכה למעשה : כיצד גורם הגן ל"תכונה"? (פריט זה)
הגן הלכה למעשה : מהו הגן?
הגן הלכה למעשה : מבנה הדנ"א
הגן הלכה למעשה : כיצד פועל הדנ"א?
הגן הלכה למעשה : הגנום הסוער
הגן הלכה למעשה : בראשית...

1. (1988 ,Books Penguin ,(London Francis Crick, What Mad Pursuit

ביבליוגרפיה:
כותר: הגן הלכה למעשה : כיצד גורם הגן ל"תכונה"?
שם  הספר: מהנדס הגן : גנים וגנטיקה : ממושג התורשה עד ליצירת חיים
מחבר: טאג', קולין
תאריך: 1996
הוצאה לאור: ספרית מעריב
הערות: 1. מאנגלית: עמנואל לוטם.
הערות לפריט זה:

1. המאמר הוא חלק מפרק 2 בספר.


הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית