Moleküler motorlar, canlı organizmaların hücresel ortamında bulunan, karmaşık katlama ve kimyasal işlemlerle bir hücrenin sitoplazması içinde materyalleri veya elektrik yüklerini taşımak veya DNA ve diğer bileşiklerin çoğaltılması gibi çeşitli amaçlar için mekanik hareketler gerçekleştiren proteinlerin montajlarıdır. . Moleküler motor proteinleri ayrıca kas kasılmaları ve bir tür pervane tahrikli yüzme hareketi boyunca bakterilerin hareketi gibi eylemler için temeldir. Çoğu doğal moleküler motor, hareket için kimyasal enerjiyi, organizmaların yaşam desteği için enerji üretmek için kullandıkları aynı temel işlemden, bileşik adenosin trifosfatın (ATP) parçalanması ve sentezi ile elde edilir.
Temel seviyede moleküler motorlar, makroskopik insan ölçeğinde elektro-mekanik motorlarla aynı fonksiyonların çoğunu gerçekleştirseler de, çok farklı bir ortamda çalışırlar. Moleküler motor aktivitelerinin çoğu termal kuvvetler tarafından tahrik edilen ve Brownian hareketi olarak bilinen yakındaki moleküllerin rasgele hareketlerinden doğrudan etkilenen sıvı bir ortamda gerçekleşir. Bu organik ortam, protein katlanmasının ve moleküler bir motorun işlevine dayandığı kimyasal reaksiyonların karmaşık doğası ile birlikte, onlarca yıl süren araştırmalar sonucunda davranışlarının anlaşılmasını sağlamıştır.
Nanoteknolojide atomik ve moleküler ölçekte yapılan araştırmalar, biyolojik malzemelerin alınması ve günlük mühendisliğin aşina olduğu motorlara benzeyen moleküler motorların üretilmesine odaklanmıştır. Bunun göze çarpan bir örneği, ABD'de Boston'daki Boston College'da 1999 yılında 78 atomdan oluşan bir bilim adamı ekibi tarafından yaptırılmış ve inşaat için dört yıl süren bir motordu. Motorun, bir dönüş yapması birkaç saat sürecek ve yalnızca bir yönde dönecek şekilde tasarlanmış dönen bir mile sahipti. Moleküler motor, enerji kaynağı olarak ATP sentezine dayanıyordu ve kimyasal enerjinin mekanik harekete geçmesinin temellerini anlamak için bir araştırma platformu olarak kullanıldı. Benzer bir araştırma o zamandan beri Hollandalı ve Japon bilim adamları tarafından ışık ve ısı enerjisiyle çalışan sentetik moleküler motorlar üretmek için karbon kullanan ve 2008'den beri yapılan son denemeler, sürekli bir dönme torku üreten bir motor oluşturmak için bir yöntem geliştirmiştir.
Biyolojik olarak, moleküler motorlar çeşitli fonksiyon ve yapı listesine sahiptir. Ana taşıma motorları, myosin, kinesin ve dynein proteinleri tarafından desteklenir ve aktin, insanlar için algler kadar çeşitli türlerde görülen kas kasılmalarında bulunan ana proteindir. Bu proteinlerin nasıl işlediğine dair araştırmalar, 2011 yılı itibariyle o kadar ayrıntılı hale gelmiştir ki, ATP'nin her molekülü için, 50 nanometre uzunluğunda bir kinesin molekülünün tükettiği kimyasal kimyasal yükü 8 nanometre içindeki bir mesafeye taşıyabildiği bilinmektedir. bir hücre. Kinesin ayrıca, kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürmede% 50 verimli olduğu ve büyüklüğü için standart bir benzinli motordan 15 kat daha fazla güç üretme kabiliyetine sahip olduğu bilinmektedir.
Miyozinin, moleküler motorların en küçük olduğu bilinmektedir, ancak kas kasılmaları için esastır ve ATP sentaz adı verilen bir ATP formu, ATP olarak enerji depolamak için adenosin difosfat (ADP) oluşturmak için kullanılan bir moleküler motordur. Bununla birlikte, 2011 itibariyle keşfedilen en dikkat çekici doğal moleküler motor, bakteri hareketine güç veren motordur. Bir flagellum adı verilen bir bakteri arkasındaki tüy benzeri bir çıkıntı, günlük motorların insan seviyesine yükseltilirse ortalama benzinli motordan 45 kat daha güçlü olacak şekilde pervane hareketiyle döner.
