¿Qué son los motores moleculares?

Los motores moleculares son conjuntos de proteínas dentro del entorno celular de organismos vivos que, a través de procesos de plegamiento y químicos complejos, pueden realizar un movimiento mecánico para diversos fines, como transportar materiales o cargas eléctricas dentro del citoplasma de una célula o replicar ADN y otros compuestos. Las proteínas motores moleculares también son fundamentales para las contracciones y acciones musculares como el movimiento de bacterias a través de un tipo de movimiento de natación impulsado por la hélice. La mayoría de los motores moleculares naturales derivan energía química para el movimiento del mismo proceso básico que los organismos usan para producir energía para el soporte vital: mediante la descomposición y la síntesis de la adenosina compuesta trifosfato (ATP).

Aunque en un nivel molecular básico realizan muchas de las mismas funciones como los motores electro-mecánicos en la escala humana macroscópica, operan en un tipo muy diferente de entorno de tipo de entorno. La mayoría de la actividad motora molecular se lleva a cabo en un entorno líquido que se transmiten por fuerzas térmicas y directamente afectados por el movimiento aleatorio de las moléculas cercanas, conocidas como movimiento browniano. Este entorno orgánico, junto con la naturaleza compleja del plegamiento de proteínas y las reacciones químicas en el que se basa un motor molecular para funcionar, ha hecho que la obtención de su comportamiento haya tomado décadas de investigación.

La investigación en nanotecnología a escala atómica y molecular se ha centrado en tomar materiales biológicos y fabricar motores moleculares que se asemejan a los motores con los que la ingeniería cotidiana es familiar. Un ejemplo destacado de esto fue un motor construido por un equipo de científicos en el Boston College of Massachusetts en los Estados Unidos en 1999 que consistía en 78 átomos, y tomó cuatro años de trabajo para construir. El motor tenía un huso giratorio que tomaría varias horas para hacer una revolución y fue diseñado para girar en una sola dirección. El moleculAR Motor se basó en la síntesis de ATP como su fuente de energía y se utilizó como plataforma de investigación para comprender los fundamentos de la transición de energía química al movimiento mecánico. Desde entonces, una investigación similar ha sido completada por científicos holandeses y japoneses que usan carbono para producir motores moleculares sintéticos alimentados por energía ligera y térmica, y los intentos recientes a partir de 2008 han desarrollado un método para crear un motor que produce un nivel continuo de torque de rotación.

biológicamente, los motores moleculares tienen una lista diversa de funciones y estructuras. Los principales motores de transporte funcionan con las proteínas miosina, kinesina y dineína, y la actina es la proteína principal presente en las contracciones musculares observadas en especies tan diversas como las algas para los humanos. La investigación sobre cómo funcionan estas proteínas se ha vuelto tan detallada a partir de 2011 que ahora se sabe que, por cada molécula de ATP que consume una molécula de kinesina de 50 nanómetros de largo, es capaz de mover la carga química a una distancia de 8 nanómetros con el titin una celda. También se sabe que la kinesina es un 50% eficiente en la conversión de energía química a energía mecánica y capaz de producir 15 veces más potencia para su tamaño que un motor de gasolina estándar.

. Se sabe que

la miosina es la más pequeña de los motores moleculares, sin embargo, es esencial para las contracciones musculares, y una forma de ATP llamada ATP sintasa también es un motor molecular utilizado para construir adenosina difosfato (ADP) para el almacenamiento de energía como ATP. Sin embargo, quizás el motor molecular natural más notable descubierto a partir de 2011 es el que alimenta el movimiento de las bacterias. Una proyección en forma de cabello en la parte posterior de una bacteria llamada gira de flagelo con un movimiento impulsado por la hélice que, si se escalaba al nivel humano de los motores cotidianos, sería 45 veces más potente que el motor de gasolina promedio.

.