Hvad er molekylære motorer?

Molekylære motorer er samlinger af proteiner inden for det cellulære miljø for levende organismer, der gennem komplekse foldning og kemiske processer kan udføre mekanisk bevægelse til forskellige formål, såsom transportmaterialer eller elektriske ladninger inden for cytoplasmaet af en celle eller replikere DNA og andetForbindelser.Molekylære motoriske proteiner er også grundlæggende for muskelsammentrækninger og handlinger, såsom bevægelse af bakterier gennem en type propelldrevet svømmebevægelse.De fleste naturlige molekylære motorer henter kemisk energi til bevægelse fra den samme grundlæggende proces, som organismer bruger til at producere energi til livsstøtte mdash;Ved nedbrydning og syntese af den sammensatte adenosintriphosphat (ATP).

Skønt molekylære motorer på basisniveau udfører mange af de samme funktioner som elektromekaniske motorer i den makroskopiske humane skala, fungerer de i en meget anden type miljø.De fleste molekylære motoriske aktiviteter finder sted i et flydende miljø, der er drevet af termiske kræfter og direkte påvirket af den tilfældige bevægelse af nærliggende molekyler, kendt som brownisk bevægelse.Dette organiske miljø sammen med den komplekse karakter af proteinfoldning og kemiske reaktioner, som en molekylær motor er afhængig af at fungere, har gjort det at få en forståelse af deres opførsel, der har taget årtiers forskning.

Forskning i nanoteknologi ved atomet og molekylærSkalaen har fokuseret på at tage biologiske materialer og fremstille molekylære motorer, der ligner de motorer, som hverdagens teknik er kendt med.Et fremtrædende eksempel på dette var en motor konstrueret af et team af forskere ved Boston College of Massachusetts i USA i 1999, der bestod af 78 atomer og tog fire års arbejde at konstruere.Motoren havde en roterende spindel, der ville tage flere timer at foretage en revolution og var designet til kun at rotere i en retning.Den molekylære motor var afhængig af ATP -syntese som dens energikilde og blev brugt som en forskningsplatform til at forstå de grundlæggende elementer i at overføre kemisk energi til mekanisk bevægelse.Lignende forskning er siden afsluttet af hollandske og japanske forskere, der bruger kulstof til at producere syntetiske molekylære motorer drevet af lys og varmeenergi, og nylige forsøg fra 2008 har udviklet en metode til at skabe en motor, der producerer et kontinuerligt niveau af rotationsmoment.

Biologisk har molekylære motorer en forskelligartet liste over funktioner og strukturer.De vigtigste transportmotorer drives af proteinerne myosin, kinesin og dynein, og actin er det største protein, der er til stede i muskelsammentrækninger, der ses i arter så forskellige som alger for mennesker.Forskning i, hvordan disse proteiner fungerer, er blevet så detaljeret fra 2011, at det nu er kendt, at det for hvert molekyle af ATP, at et 50-nanometer lang molekyle af kinesin forbruger, er i stand til at flytte kemisk last en afstand af 8 nanometer inden foren celle.Kinesin er også kendt for at være 50% effektiv til at konvertere kemisk energi til mekanisk energi og i stand til at producere 15 gange mere strøm til sin størrelse end en standard benzinmotor kunne.

Myosin er kendt for at være den mindste af molekylære motorer, men alligevel er denVigtigt for muskelsammentrækninger, og en form for ATP kaldet ATP -syntase er også en molekylær motor, der bruges til at opbygge adenosindiphosphat (ADP) til energilagring som ATP.Den måske mest bemærkelsesværdige naturlige molekylære motor, der blev opdaget fra 2011, er imidlertid den, der driver bevægelsen af bakterier.En hårlignende projektion på bagsiden af en bakterie kaldet en flagellum spins med en propelldrevet bevægelse, som, hvis det skaleres op til det menneskelige niveau af hverdagens motorer, ville være 45 gange mere kraftfuld end den gennemsnitlige benzinmotor.