Co to są silniki molekularne?

Silniki molekularne są zespołami białek w środowisku komórkowym organizmów żywych, które poprzez złożone procesy składania i chemiczne mogą wykonywać ruch mechaniczny do różnych celów, takich jak transport materiałów lub ładunków elektrycznych w cytoplazmie komórkowej lub replikowania DNA i innychZwiązki.Molekularne białka motoryczne są również fundamentalne dla skurczów mięśni i działań, takich jak ruch bakterii poprzez rodzaj ruchu pływania napędzanego śmigłem.Większość naturalnych silników molekularnych wywodzi energię chemiczną ruchu z tego samego podstawowego procesu, które organizmy wykorzystują do wytwarzania energii do podtrzymywania życia i mdash;Przez rozkład i syntezę złożonego trifosforanu adenozyny (ATP). Choć na podstawowych silnikach molekularnych na poziomie wykonują wiele takich samych funkcji, jak silniki elektroechaniczne w makroskopowej skali ludzkiej, działają w zupełnie innym rodzaju środowisku.Większość aktywności motorycznej molekularnej występuje w ciekłym środowisku napędzanym siłami termicznymi i bezpośrednio dotkniętym losowym ruchem pobliskich cząsteczek, zwanych ruchem Browna.To środowisko organiczne, wraz ze złożoną naturą składania białek i reakcji chemicznych, na których motor molekularny polega na funkcjonowaniu, rozumiał ich zachowanie, które zajęło dziesięciolecia badań.

Badania w nanotechnologii w atomowym i molekularnymSkala koncentrowała się na przyjmowaniu materiałów biologicznych i produkcji silników molekularnych, które przypominają silniki, z którymi znana jest codzienna inżynieria.Najważniejszym tego przykładem był motor zbudowany przez zespół naukowców z Boston College of Massachusetts w USA w 1999 r., Który składał się z 78 atomów i zajęło cztery lata pracy.Silnik miał obrotowe wrzeciono, które zajęłoby kilka godzin, aby wykonać jedną rewolucję i zostało zaprojektowane do obracania się tylko w jednym kierunku.Motor molekularny polegał na syntezie ATP jako źródła energii i był wykorzystywany jako platforma badawcza do zrozumienia zasad przemieszczania energii chemicznej w ruch mechaniczny.Podobne badania zostały ukończone przez holenderskich i japońskich naukowców wykorzystujących węgiel do wytwarzania syntetycznych silników molekularnych zasilanych energią światła i cieplną, a ostatnie próby od 2008 r. Opracowały metodę tworzenia silnika, który wytwarza ciągły poziom obrotowego momentu obrotowego.

Biologicznie silniki molekularne mają różnorodną listę funkcji i struktur.Główne silniki transportowe są napędzane białkami miozyny, kinezyny i dyneiny, a aktyna jest głównym białkiem obecnym w skurczach mięśni postrzeganych u gatunków tak różnorodnych jak glony dla ludzi.Badania, w jaki sposób funkcjonowanie tych białek stały się tak szczegółowe od 2011 roku, że teraz wiadomo, że dla każdej cząsteczki ATP, że zużywa 50-nanometrowa cząsteczka kinezyny, jest w stanie przenosić ładunek chemiczny w odległości 8 nanometrów wewnątrzkomórka.Wiadomo również, że kinezyna jest również wydajna w 50% w przekształcaniu energii chemicznej na energię mechaniczną i zdolna do wytwarzania 15 razy więcej mocy dla jej wielkości niż standardowy silnik benzynowy. miozyna jest znana jako najmniejszy z silników molekularnych, ale tak jestNiezbędne dla skurczów mięśni, a forma ATP zwanej syntazą ATP jest również silnik molekularny stosowany do budowy difosforanu adenozyny (ADP) do magazynowania energii jako ATP.Być może najbardziej niezwykłym naturalnym silnikiem molekularnym odkrytym od 2011 r. Jest jednak ten, który napędza ruch bakterii.Projekcja podobna do włosów z tyłu bakterii zwana flagelą obraca się ruchem napędzanym śmigłem, który, gdyby skalowany do ludzkiego poziomu silników codziennych, byłby 45 razy mocniejszy niż przeciętny silnik benzynowy.