มอเตอร์โมเลกุลคืออะไร?

มอเตอร์โมเลกุลเป็นส่วนประกอบของโปรตีนภายในสภาพแวดล้อมของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่ผ่านกระบวนการพับและเคมีที่ซับซ้อนสามารถทำการเคลื่อนที่เชิงกลเพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ เช่นการขนส่งวัสดุหรือประจุไฟฟ้าภายในไซโตพลาสซึมของเซลล์หรือทำซ้ำ DNA และอื่น ๆสารประกอบโปรตีนมอเตอร์โมเลกุลยังเป็นพื้นฐานของการหดตัวของกล้ามเนื้อและการกระทำเช่นการเคลื่อนไหวของแบคทีเรียผ่านการเคลื่อนไหวว่ายน้ำแบบขับเคลื่อนด้วยใบพัดมอเตอร์โมเลกุลธรรมชาติส่วนใหญ่ได้รับพลังงานเคมีสำหรับการเคลื่อนที่จากกระบวนการพื้นฐานเดียวกันกับที่สิ่งมีชีวิตใช้ในการผลิตพลังงานสำหรับการสนับสนุนชีวิต mdash;โดยการสลายและการสังเคราะห์ของสารประกอบอะดีโนซีน triphosphate (ATP)

แม้ว่าในระดับพื้นฐานมอเตอร์โมเลกุลจะทำหน้าที่หลายอย่างเช่นเดียวกับมอเตอร์กลไกไฟฟ้าที่ระดับมนุษย์ macroscopic พวกเขาทำงานในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันมากกิจกรรมมอเตอร์โมเลกุลส่วนใหญ่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมของเหลวที่ขับเคลื่อนด้วยแรงทางความร้อนและได้รับผลกระทบโดยตรงจากการเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุลใกล้เคียงหรือที่เรียกว่าการเคลื่อนไหวของบราวเนียนสภาพแวดล้อมอินทรีย์นี้พร้อมกับธรรมชาติที่ซับซ้อนของการพับโปรตีนและปฏิกิริยาทางเคมีที่มอเตอร์โมเลกุลอาศัยการทำงานทำให้เข้าใจถึงพฤติกรรมของพวกเขาที่ใช้เวลาหลายสิบปีของการวิจัย

การวิจัยในนาโนเทคโนโลยีที่อะตอมและโมเลกุลโมเลกุลสเกลได้มุ่งเน้นไปที่การใช้วัสดุทางชีวภาพและการผลิตมอเตอร์โมเลกุลที่มีลักษณะคล้ายกับมอเตอร์ที่วิศวกรรมทุกวันคุ้นเคยตัวอย่างที่โดดเด่นของเรื่องนี้คือมอเตอร์ที่สร้างขึ้นโดยทีมนักวิทยาศาสตร์ที่วิทยาลัยแมสซาชูเซตส์บอสตันในสหรัฐอเมริกาในปี 1999 ซึ่งประกอบด้วย 78 อะตอมและใช้เวลาสี่ปีในการสร้างมอเตอร์มีแกนหมุนหมุนซึ่งจะใช้เวลาหลายชั่วโมงในการปฏิวัติครั้งเดียวและได้รับการออกแบบมาเพื่อหมุนในทิศทางเดียวเท่านั้นมอเตอร์โมเลกุลอาศัยการสังเคราะห์ ATP เป็นแหล่งพลังงานและใช้เป็นแพลตฟอร์มการวิจัยเพื่อทำความเข้าใจพื้นฐานของการเปลี่ยนพลังงานเคมีไปสู่การเคลื่อนไหวเชิงกลการวิจัยที่คล้ายกันได้เสร็จสิ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์และนักวิทยาศาสตร์ญี่ปุ่นโดยใช้คาร์บอนเพื่อผลิตมอเตอร์โมเลกุลสังเคราะห์ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงและความร้อนและความพยายามล่าสุดในปี 2008 ได้พัฒนาวิธีการสร้างมอเตอร์ที่สร้างแรงบิดในระดับการหมุนอย่างต่อเนื่อง

ทางชีวภาพมอเตอร์โมเลกุลมีรายการฟังก์ชั่นและโครงสร้างที่หลากหลายมอเตอร์การขนส่งที่สำคัญได้รับการขับเคลื่อนโดยโปรตีน myosin, kinesin และ dynein และ actin เป็นโปรตีนที่สำคัญที่มีอยู่ในการหดตัวของกล้ามเนื้อที่เห็นในสปีชีส์ที่มีความหลากหลายเช่นสาหร่ายต่อมนุษย์การวิจัยเกี่ยวกับวิธีการทำงานของโปรตีนเหล่านี้มีรายละเอียดมากในปี 2011 ว่าตอนนี้เป็นที่ทราบกันดีว่าสำหรับทุกโมเลกุลของ ATP ที่โมเลกุลยาว 50 นาโนเมตรของ Kinesin กินมันสามารถเคลื่อนย้ายสินค้าเคมีได้ระยะทาง 8 นาโนเมตรภายในเซลล์Kinesin เป็นที่รู้จักกันว่ามีประสิทธิภาพ 50% ในการแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานเชิงกลและสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่า 15 เท่าสำหรับขนาดของมันมากกว่าเครื่องยนต์เบนซินมาตรฐาน

myosin เป็นที่รู้จักกันว่าเป็นมอเตอร์โมเลกุลที่เล็กที่สุดจำเป็นต่อการหดตัวของกล้ามเนื้อและรูปแบบของ ATP ที่เรียกว่า ATP synthase ยังเป็นมอเตอร์โมเลกุลที่ใช้ในการสร้าง adenosine diphosphate (ADP) สำหรับการจัดเก็บพลังงานเป็น ATPบางทีมอเตอร์โมเลกุลธรรมชาติที่น่าทึ่งที่สุดที่ค้นพบเมื่อปี 2554 เป็นเครื่องจักรที่กระตุ้นให้เกิดการเคลื่อนไหวของแบคทีเรียการฉายภาพเหมือนเส้นผมที่ด้านหลังของแบคทีเรียที่เรียกว่า Flagellum หมุนด้วยการเคลื่อนไหวขับเคลื่อนใบพัดซึ่งถ้าปรับขนาดถึงระดับมนุษย์ของมอเตอร์ในชีวิตประจำวันจะมีพลังมากกว่าเครื่องยนต์เบนซินเฉลี่ย 45 เท่า