הם (Heme) הוא השם הכולל של מספר תרכובות בעלות תפקידים חשובים בתאים של יצורים חיים. במרכז התרכובת מצוי יון ברזל, מוקף במולקולה טבעתית המכונה פורפירין בקישור  המכונה "כלאציה" (chelation - תַּצְבִּית בעברית) [2]. מקורו של כינוי זה במילה היוונית chēlē שפירושה "טופר", בשל הדמיון של הקשרים לטפרים (או לצבתות). מלבד הקישור לפורפירין, יכול הברזל להיקשר לעוד שתי מולקולות או אטומים נוספים (איור 1).

איור 1: תרכובת "הם" [1]. A ו- B הם המולקולות או האטומים הנוספים שיכולים להקשר ליון הברזל. מקור

חלבונים המכילים קבוצת הם כרכיב פעיל מכונים "המו-פרוטאינים" והם ממלאים תפקידים ביולוגיים מגוונים, כגון הובלה וזיהוי של גזים שונים, זירוז של תהליכים כימיים והעברת אלקטרונים בין מולקולות שונות [3]. תפקידים אלו מתבצעים בהתבסס על יון הברזל, המשמש הן לקישור המולקולות השונות והן כמקור או כקולט האלקטרונים. הקישור הכלאטי בין הפורפירין לברזל הוא יציב מאוד ולכן מונע פירוק של תרכובת ההם וקישור של מולקולות אחרות במקום הפורפירין לברזל. מדוע זה חשוב? משום שזה מאפשר להמו-פרוטאינים להתאים את עצמם לתנאי סביבה שונים, תוך שינוי מבניהם באופן הפיך כפי שיודגם בהמשך.
אחת הדוגמאות הבולטות ליכולת של המופרוטאינים להתאים עצמם לתנאי הסביבה היא פעילותו של חלבון ההמוגלובין, המצוי בתאי הדם האדומים של חלק מבעלי החיים. תרכובות ההם שבחלבון זה אחראיות בין השאר לצבעו האדום של הדם של בני האדם ורוב בעלי החוליות [4]. תפקידן העיקרי כחלק מחלבון ההמוגלובין הוא נשיאה והובלת חמצן בין תאי הגוף [5]. כל מולקולה של המוגלובין מכילה ארבע מולקולות "הם" וארבע מולקולות חלבון "גלובין" ומכאן שמו "המוגלובין". ארבע מולקולות ה"הם" קושרות את החמצן דרך יון הברזל שבמרכזן בקשר חלש והפיך. מדוע זה חשוב שהקשר יהיה כזה? משום שהוא מאפשר קישור או שחרור מבוקר של חמצן בגוף באזורים שבהם יש צורך בכך. למעשה, הקישור והשחרור של החמצן על ידי ההמוגלובין תלויים בתנאי הסביבה בגוף ובפרט בריכוז (או לחץ) החמצן והחומציות (pH) (איור 2). החלבון קולט חמצן באזורים עשירים בחמצן, בהם לחץ החמצן גבוה והסביבה בסיסית (pH גבוה), כמו בריאות יונקים או בזימי דגים. החמצן נישא עמו דרך תאי הדם האדומים אל שאר רקמות הגוף (למשל אל השרירים). באזורים אלו, עניים בחמצן, ההמוגלובין משחרר את החמצן בשל ריכוז החמצן הנמוך יחסית והסביבה היחסית חומצית. כך מועבר החמצן שנקלט בנשימה בריאות אל שאר תאי הגוף. במקביל לנשיאת החמצן, ההמוגלובין נושא ומוביל פחמן דו-חמצני אל מחוץ לגוף, מהרקמות אל הריאות.  

איור 2: רווית חלבון ההמוגלובין בחמצן כתלות בלחץ החמצן ובערכי חומציות שונים.
ניתן לראות מהאיור כי ככל שלחץ החמצן בסביבה עולה, החלבון "רווי" יותר בחמצן (קשור ליותר מולקולות חמצן). בנוסף, ככל שהסביבה בסיסית יותר (עקומה מקווקוות שמאלית), החלבון נעשה רווי יותר בחמצן בתנאי לחץ חמצן נמוכים יותר. ההפך מתקיים בלחצי חמצן נמוכים וסביבה חומצית. התמונה תורגמה לעברית תחת תנאי הרשיון.

מלבד תפקידיהן של תרכובות ההם בתאיהם של יצורים חיים, לאחרונה נמצא להן שימוש תעשייתי מעניין נוסף. בשנים האחרונות, עם עליית המודעות הסביבתית ותנועת הטבעונות, נעשו ניסיונות רבים ליצור תחליפי בשר סינטטיים שיהיו דומים כמה שיותר למקור. כך למשל בשנת 2013, יוצר ההמבורגר הסינטטי הראשון, בעזרת גידול תאי גזע של פרות במעבדה [6]. אולם למרות הצלחתו במבחן הטועמים, עלויות הייצור הגבוהות שלו, כ-330 אלף דולר לקציצה (!), דחקו הצידה את האפשרות לשיווקו המסחרי. הביוכימאי פרופסור פטריק בראון, המשמש כמייסד ומנכ"ל של חברת  Impossible Foods האמריקאית חיפש ומצא דרך אחרת לייצר תחליף המבורגר סינטטי [7]. תחליף זה, שמכונה "המבורגר בלתי אפשרי", מבוסס על לא אחרת מאשר תרכובת ההם. בשלב הפיתוח גילו מדעני החברה כי תרכובת זו לא רק מקנה לבשר את צבעו האדמדם, כפי שהיה כבר ידוע, אלא גם משמשת כמרכיב שמשפיע באופן המשמעותי ביותר על ריחו, טעמו המתכתי (הנובע מיון הברזל שב"הם") והאופן שבו הוא מתנהג בבישול. את תרכובת ההם חילצו ב- Impossible Foods מסויה מתוך לג-המוגלובין, המופרוטאין המצוי בקטניות (לג - קיצור של המילה legum שמשמעותה קטניות בלטינית) ומשמש לנשיאת חמצן בדומה להמוגלובין. לתרכובת זו הם הוסיפו רכיבים צמחיים נוספים לשיפור הטעם עד לקבלת תחליף הדומה ביותר (לטענתם) לבשר, בעל ערך תזונתי קרוב לזה של המבורגר מבשר בקר ובעלות ייצור נמוכה של כ-20 דולר בלבד להמבורגר [9,8]. תחליף זה הושק ביולי 2016 וכיום משווק במספר מסעדות ברחבי ארה"ב. נותר רק לתהות מתי הוא יגיע לארצנו כדי שנוכל לבחון את טענות המשווקים בנוגע לדמיונו של תחליף זה לבשר בקר.
מקורות:

1. "הם"
2. כלאציה
3. המופרוטאינים:
   Nelson, D. L.; Cox, M. M. "Lehninger, Principles of Biochemistry" 4rd Ed
4. הסבר על צבע הדם ועל מרכיביו
5. המוגלובין
6. דיווח על מבחן הטעימה של ההמבורגר הסינטטי הראשון בלונדון
7. על ייצור ההמבורגר של Impossible foods
8. אתר חברת Impossible foods
9. הערכים התזונתיים של ההמבורגר באתר Impossible foods

לקריאה עיון/ נוספים:
סרטון המסביר על ההמוגלובין (מומלץ לצפות!)
סרטון של חברת Impossible foods המסביר על הכנת ההמבורגר (אזהרה- עלול לעורר תאבון!)