Hva er Molecular Motors?

July 27  by Eliza

Molekylære motorer er sammenstillinger av proteiner i den cellulære miljø av levende organismer som, gjennom komplekse folding og kjemiske prosesser, kan utføre mekanisk bevegelse for forskjellige formål, for eksempel for å transportere materialer eller elektriske ladninger inne i cytoplasma til en celle, eller replikere DNA og andre forbindelser . Molekylære motor proteiner er også grunnleggende for muskelsammentrekninger og handlinger som for eksempel bevegelse av bakterier gjennom en type propelldrevet svømming bevegelse. De fleste naturlige molekylære motorer utlede kjemisk energi for bevegelse fra den samme grunnleggende prosess som organismer bruker for å produsere energi for livredning - ved nedbryting og syntese av forbindelsen adenosin trifosfat (ATP).

Selv på et grunnleggende nivå molekylære motorer utføre mange av de samme funksjonene som elektro-mekaniske motorer på makroskopisk menneskelig skala, de opererer i en helt annen type miljø. De fleste molekyl motorisk aktivitet finner sted i et flytende miljø som er drevet av termiske krefter og direkte påvirket av den tilfeldige bevegelse av nærliggende molekyler, kjent som Brownske bevegelser. Denne organiske miljø, sammen med den komplekse natur av proteinfolding og kjemiske reaksjoner som en molekylmotor avhengig av å fungere, har gjort få en forståelse av deres opptreden som har tatt tiår med forskning.

Forskning innen nanoteknologi på atom- og molekyl skala har fokusert på å ta biologiske materialer og produksjon molekylære motorer som ligner motorene som hverdags Engineering er kjent. Et fremtredende eksempel på dette var en motor konstruert av et team av forskere ved Boston College of Massachusetts i USA i 1999 som besto av 78 atomer, og tok fire års arbeid for å konstruere. Motoren hadde en roterende spindel som vil ta flere timer for å gjøre en omdreining og er utformet for å rotere bare i en retning. Molekyl motor avhengig av ATP-syntese som sin energikilde og ble brukt som et forsknings plattform for å forstå de grunnleggende av overgangen kjemisk energi til mekanisk bevegelse. Lignende forskning har siden blitt gjennomført av nederlandske og japanske forskere som bruker karbon for å produsere syntetisk molekylære motorer drevet av lys og varmeenergi, og siste forsøk som av 2008 har utviklet en metode for å lage en motor som produserer en kontinuerlig nivå av rotasjonsmoment.

Biologisk molekylære motorer har en mangfoldig liste over funksjoner og strukturer. De store transport motorene er drevet av proteinene myosin, kinesin, og dynein, og aktin er den viktigste protein som finnes i muskelsammentrekninger sett i arter så forskjellige som alger til mennesker. Forskning på hvordan disse proteinene funksjon har blitt så detaljert som i 2011 at det nå er kjent at, for hvert molekyl av ATP som en 50 nanometer lange molekyl av kinesin forbruker, er det i stand til å bevege seg kjemisk last en avstand på 8 nm innen en celle. Kinesin er også kjent for å være 50% effektive i å omdanne kjemisk energi til mekanisk energi og i stand til å produsere 15 ganger mer kraft for sin størrelse enn en vanlig bensinmotor kan.

Myosin er kjent for å være den minste av molekylære motorer, men det er viktig å muskelkontraksjoner, og en form av ATP kalt ATP syntase er også en molekyl motor som brukes til å bygge opp adenosin difosfat (ADP) for energilagring som ATP. Kanskje den mest bemerkelsesverdige natur molekylær motor oppdaget som i 2011, men er den som driver bevegelse av bakterier. En hår-lignende projeksjon på baksiden av en bakterie som heter en flagellum spinner med en propelldrevne bevegelser som, hvis skalert opp til det menneskelige nivået av hverdags motorer, ville være 45 ganger kraftigere enn den gjennomsnittlige bensinmotor.