Que sont les moteurs moléculaires?
Les moteurs moléculaires sont des assemblages de protéines dans l'environnement cellulaire des organismes vivants qui, grâce à des processus de repliement et de produits chimiques complexes, peuvent effectuer un mouvement mécanique à diverses fins, par exemple pour transporter des matériaux ou des charges électriques dans le cytoplasme d'une cellule ou d'une réplique de l'ADN et d'autres composés. Les protéines motrices moléculaires sont également fondamentales pour les contractions musculaires et les actions telles que le mouvement des bactéries par un type de mouvement de natation basé sur l'hélice. La plupart des moteurs moléculaires naturels dérivent de l'énergie chimique pour le mouvement à partir du même processus de base que les organismes utilisent pour produire de l'énergie pour le soutien à la vie - par la rupture et la synthèse du composé adénosine triphosphate (ATP).
, bien qu'à un niveau de base, les moteurs moléculaires exercent de nombreuses fonctions que les moteurs électro-mécaniques à l'échelle humaine macroscopique, ils fonctionnent dans un type d'électro-mécanique à l'échelle humaine macroscopique, ils fonctionnent dans un type d'électro-mécanique. La plupart de l'activité motrice moléculaire se déroule dans un environnement liquide qui est conduitn par les forces thermiques et directement affectées par le mouvement aléatoire des molécules voisines, connues sous le nom de mouvement brownien. Cet environnement organique, ainsi que la nature complexe du repliement des protéines et des réactions chimiques sur lesquelles un moteur moléculaire s'appuie sur le fonctionnement, a permis de comprendre leur comportement qui a pris des décennies de recherche.
La recherche en nanotechnologie à l'échelle atomique et moléculaire s'est concentrée sur la prise de matériaux biologiques et la fabrication des moteurs moléculaires qui ressemblent aux moteurs avec lesquels l'ingénierie quotidienne est familière. Un exemple éminent de ceci était un moteur construit par une équipe de scientifiques du Boston College of Massachusetts aux États-Unis en 1999 qui comprenait 78 atomes, et a pris quatre ans de travail à construire. Le moteur avait une broche rotative qui prendrait plusieurs heures pour faire une révolution et a été conçue pour tourner dans une seule direction. La moléculeAR Motor reposait sur la synthèse de l'ATP comme source d'énergie et a été utilisé comme plate-forme de recherche pour comprendre les principes fondamentaux de la transition de l'énergie chimique en mouvement mécanique. Des recherches similaires ont depuis été effectuées par des scientifiques néerlandais et japonais utilisant du carbone pour produire des moteurs moléculaires synthétiques propulsés par l'énergie de la lumière et de la chaleur, et des tentatives récentes en 2008 ont développé une méthode pour créer un moteur qui produit un niveau continu de couple de rotation.
Biologiquement, les moteurs moléculaires ont une liste diversifiée de fonctions et de structures. Les principaux moteurs de transport sont alimentés par les protéines La myosine, la kinésine et la dynéine, et l'actine est la principale protéine présente dans les contractions musculaires observées chez les espèces aussi diverses que les algues pour l'homme. Recherche sur la façon dont ces protéines fonctionnent sont devenues si détaillées à partir de 2011 qu'il est maintenant connu que, pour chaque molécule d'ATP qu'une molécule de kinésine de 50 nanométriques consomme, il est capable de déplacer le fret chimique à une distance de 8 nanomètres avec aveci avecn une cellule. La kinésine est également connue pour être efficace à 50% pour convertir l'énergie chimique en énergie mécanique et capable de produire 15 fois plus d'électricité pour sa taille qu'un moteur à essence standard pourrait.
La myosine est connue pour être la plus petite des moteurs moléculaires, mais il est essentiel aux contractions musculaires, et une forme d'ATP appelée ATP synthase est également un moteur moléculaire utilisé pour construire un diphosphate d'adénosine (ADP) pour le stockage d'énergie comme ATP. Le moteur moléculaire naturel le plus remarquable découvert en 2011 est peut-être celui qui alimente le mouvement des bactéries. Une projection en forme de cheveux à l'arrière d'une bactérie appelée un flagellum tourne avec un mouvement conduit à l'hélice qui, si elle était étendue au niveau humain des moteurs de tous les jours, serait 45 fois plus puissant que le moteur à essence moyen.