Vad är molekylmotorer?

molekylmotorer är sammansatta proteiner i den cellulära miljön hos levande organismer som genom komplexa vikning och kemiska processer kan utföra mekanisk rörelse för olika ändamål, såsom transportmaterial eller elektriska laddningar inom cytoplasma i en cell eller replikat -DNA och andra föreningar. Molekylära motorproteiner är också grundläggande för muskelkontraktioner och åtgärder såsom rörelse av bakterier genom en typ av propellerdriven simningsrörelse. Most natural molecular motors derive chemical energy for motion from the same basic process that organisms use to produce energy for life support — by the breakdown and synthesis of the compound adenosine triphosphate (ATP).

Though on a basic level molecular motors perform many of the same functions as electro-mechanical motors at the macroscopic human scale, they operate in a much different type of environment. De flesta molekylära motoriska aktiviteter äger rum i en flytande miljö som är drivenn av termiska krafter och påverkas direkt av den slumpmässiga rörelsen hos närliggande molekyler, känd som brownisk rörelse. Denna organiska miljö, tillsammans med den komplexa karaktären av proteinvikning och kemiska reaktioner som en molekylmotor förlitar sig på att fungera, har gjort att få en förståelse för deras beteende som har tagit decennier av forskning.

Forskning inom nanoteknologi i atom- och molekylär skala har fokuserat på att ta biologiska material och tillverka molekylmotorer som liknar de motorer som vardagsteknik är bekanta med. Ett framträdande exempel på detta var en motor som byggdes av ett team av forskare vid Boston College of Massachusetts i USA 1999 som bestod av 78 atomer och tog fyra års arbete att bygga. Motorn hade en roterande spindel som skulle ta flera timmar att göra en revolution och var utformad för att rotera i endast en riktning. MolekylenAR -motor förlitade sig på ATP -syntes som sin energikälla och användes som en forskningsplattform för att förstå grunderna för övergången av kemisk energi till mekanisk rörelse. Liknande forskning har sedan dess slutförts av holländska och japanska forskare som använder kol för att producera syntetiska molekylmotorer som drivs av ljus och värmeenergi, och de senaste försöken från 2008 har utvecklat en metod för att skapa en motor som producerar en kontinuerlig nivå av rotationsmoment.

Biologiskt har molekylmotorer en mångfaldig lista över funktioner och strukturer. De viktigaste transportmotorerna drivs av proteinernas myosin, kinesin och dynein och aktin är det viktigaste proteinet som finns i muskelkontraktioner som ses i arter som är så olika som alger för människor. Forskning om hur dessa proteiner fungerar har blivit så detaljerade från och med 2011 att det nu är känt att för varje molekyl av ATP att en 50-nanometer lång molekyl av kinesin konsumerar, kan den flytta kemisk last ett avstånd på 8 nanometer med en 50-nanometer lång molekyl av kinesin konsumerar, den kan flytta kemisk last ett avstånd på 8 nanometrar medierar mediernan en cell. Kinesin är också känt för att vara 50% effektivt för att konvertera kemisk energi till mekanisk energi och kunna producera 15 gånger mer kraft för sin storlek än en standard bensinmotor kunde.

myosin är känt för att vara den minsta av molekylmotorer, men det är viktigt för muskelkontraktioner, och en form av ATP som kallas ATP -syntas är också en molekylmotor som används för att bygga upp adenosindifosfat (ADP) för energilagring som ATP. Den kanske mest anmärkningsvärda naturliga molekylmotorn som upptäcktes från 2011 är emellertid den som driver bakteriernas rörelse. En hårliknande projektion på baksidan av en bakterier som kallas ett flagellum snurrar med en propellerdriven rörelse som, om skalad upp till den mänskliga nivån av vardagliga motorer, skulle vara 45 gånger kraftfullare än den genomsnittliga bensinmotorn.