Co jsou molekulární motory?

Molekulární motory jsou sestavy proteinů v buněčném prostředí živých organismů, které mohou prostřednictvím komplexních skládacích a chemických procesů provádět mechanický pohyb pro různé účely, jako je transportní materiály nebo elektrické náboje v cytoplazmě buňky nebo replikující DNA a další sloučeniny. Molekulární motorické proteiny jsou také zásadní pro svalové kontrakce a účinky, jako je pohyb bakterií pomocí typu plavání poháněného vrtulí. Většina přirozených molekulárních motorů odvozuje chemickou energii pro pohyb ze stejného základního procesu, který organismy používají k produkci energie pro podporu života-rozkladem a syntézou sloučeniny adenosin trifosfátu (ATP).

Ačkoli na základní úrovni molekulárních motorů provádí mnoho stejných funkcí jako mnohem odlišné typy, které působí v mnohem odlišném typu prostředí. Většina molekulárních motorických aktivit se odehrává v kapalném prostředí, které je pohonn tepelnými silami a přímo postiženým náhodným pohybem molekul blízkých, známých jako Brownův pohyb. Toto organické prostředí, spolu s komplexní povahou proteinového skládání a chemických reakcí, na které se molekulární motor spoléhá na fungování, způsobilo, že získalo porozumění jejich chování, které trvalo desetiletí výzkumu.

Výzkum nanotechnologie v atomové a molekulární stupnici se zaměřil na užívání biologických materiálů a výrobních molekulárních motorů, které se podobají motorům, s nimiž je každodenní inženýrství známé. Prominentním příkladem toho byl motor vytvořený týmem vědců na Boston College of Massachusetts v USA v roce 1999, který se skládal ze 78 atomů, a postavil čtyři roky práce. Motor měl rotující vřeteno, které by trvalo několik hodin, než provedl jednu revoluci, a byl navržen tak, aby se otáčel pouze jedním směrem. MolekulAR Motor se spoléhal na syntézu ATP jako na její zdroj energie a byl použit jako výzkumná platforma k pochopení základů přechodu chemické energie do mechanického pohybu. Podobný výzkum od té doby dokončil holandští a japonští vědci používající uhlík k produkci syntetických molekulárních motorů poháněných světlem a tepelnou energií a nedávné pokusy od roku 2008 vyvinuly metodu pro vytvoření motoru, který vytváří nepřetržitou úroveň rotačního točivého momentu.

Biologicky mají molekulární motory rozmanitý seznam funkcí a struktur. Hlavní transportní motory jsou poháněny proteiny myosinem, kinesinem a dyneinem a aktin je hlavním proteinem přítomným ve svalových kontrakcích, které jsou u druhů považovány za stejně rozmanité jako řasy pro lidi. Výzkum toho, jak tyto proteiny fungují, se stal tak podrobným od roku 2011, že je nyní známo, že pro každou molekulu ATP, že 50-nanometrová molekula kinesinu spotřebuje, je schopen přesunout chemický náklad o vzdálenost 8 nanometrů sn buňka. Je také známo, že Kinesin je 50% účinný při přeměně chemické energie na mechanickou energii a je schopen produkovat 15krát větší výkon pro svou velikost, než by mohl standardní benzínový motor.

myosin je známo, že je nejmenší z molekulárních motorů, přesto je nezbytný pro svalové kontrakce a forma ATP zvané ATP syntáza je také molekulární motor používaný k vytváření adenosin difosfátu (ADP) pro skladování energie jako ATP. Snad nejpozoruhodnější přírodní molekulární motor objevený od roku 2011 je však ten, který pohání pohyb bakterií. Projekce podobná vlasům na zadní straně bakterií zvaných bičík se točí s pohybem řízeným vrtulí, který, pokud by se zmenšil na lidskou úroveň každodenních motorů, by byla 45krát silnější než průměrný benzínový motor.