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 ADN et d'autrescomposés.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 du même processus de base que les organismes utilisent pour produire de l'énergie pour le soutien à la vie mdash;Par la rupture et la synthèse de l'adénosine triphosphate composée (ATP).

Bien qu'à un niveau de base les moteurs moléculaires remplissent bon nombre des mêmes fonctions que les moteurs électro-mécaniques à l'échelle humaine macroscopique, ils fonctionnent dans un type d'environnement très différent.La plupart de l'activité motrice moléculaire se déroule dans un environnement liquide qui est entraîné par les forces thermiques et directement affectée par le mouvement aléatoire des molécules voisines, connue 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 au fonctionnement, a fait de la compréhension de leur comportement qui a pris des décennies de recherche.

La recherche en nanotechnologie à l'atomique et moléculaireL'échelle 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.Le moteur moléculaire 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 l'énergie chimique de transition vers le 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.Des recherches sur la façon dont ces protéines fonctionnent sont devenues si détaillées qu'en 2011 qu'il est maintenant connu que, pour chaque molécule d'ATP qu'une molécule de kinésine de 50 nanomètres de long, il est capable de déplacer le fret chimique à une distance de 8 nanomètres à l'intérieurune 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'énergie pour sa taille qu'un moteur à essence standard pourrait.

La myosine est connue pour être la plus petite des moteurs moléculaires, mais il estEssentiel aux contractions musculaires, et une forme d'ATP appelée ATP synthase est également un moteur moléculaire utilisé pour construire l'adénosine diphosphate (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.