Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Синтетический молекулярный мотор — Synthetic molecular motor

Синтетический молекулярный мотор — Synthetic molecular motor

Синтетические молекулярные моторы находятся молекулярные машины возможность непрерывного направленного вращения под воздействием энергии. [1] Хотя термин «молекулярный мотор» традиционно относился к природному белку, который вызывает движение (через динамика белка), некоторые группы также используют этот термин, когда относятся к небиологическим, непептидным синтетическим моторам. Многие химики занимаются синтезом таких молекулярных моторов.

Основные требования к синтетическому двигателю — это повторяющееся движение на 360 °, потребление энергии и однонаправленное вращение. [ нужна цитата ] Первые две попытки в этом направлении, двигатель с химическим приводом от доктора Т. Росс Келли из Бостонский колледж с коллегами и легким двигателем Бен Феринга и соавт., были опубликованы в 1999 г. в том же номере журнала Природа.

По состоянию на 2020 год самая маленькая молекулярная машина атомарной точности имеет ротор, состоящий из четырех атомов. [3]

Содержание

  • 1 Роторные молекулярные двигатели с химическим приводом
  • 2 Роторные молекулярные двигатели с легким приводом
  • 3 Экспериментальная демонстрация электромотора на одной молекуле
  • 4 Смотрите также
  • 5 Рекомендации

Роторные молекулярные двигатели с химическим приводом

Пример прототипа синтетического вращающегося молекулярного двигателя с химическим приводом был представлен Келли и его коллегами в 1999 году. [4] Их система состоит из трехлопастной триптицен ротор и геликен, и способен выполнять однонаправленное вращение на 120 °.

Это вращение происходит в пять шагов. В амин группа, присутствующая в триптиценовом фрагменте, превращается в изоцианат группа путем конденсации с фосген (а). Тепловое или самопроизвольное вращение вокруг центральной связи приближает изоцианатную группу к гидроксил группа, расположенная на геликеновом фрагменте (б), тем самым позволяя этим двум группам реагировать друг с другом (c). Эта реакция необратимо ловит систему как напряженный циклический уретан который имеет более высокую энергию и, следовательно, энергетически ближе к энергетическому барьеру вращения, чем исходное состояние. Следовательно, дальнейшее вращение триптиценовой части требует лишь относительно небольшого количества термическая активация чтобы преодолеть этот барьер, тем самым снимая напряжение (d). Наконец, расщепление уретановой группы восстанавливает амин и спирт. функциональные возможности молекулы (е).

Результатом этой последовательности событий является однонаправленное вращение триптиценового фрагмента на 120 ° относительно геликенового фрагмента. Дополнительное вращение триптиценового ротора вперед или назад тормозится геликеновым фрагментом, который выполняет функцию, аналогичную функции собачки трещотка. Однонаправленность системы является результатом как асимметричного перекоса геликенового фрагмента, так и напряжения циклического уретана, который образуется в c. Это напряжение может быть уменьшено только вращением триптиценового ротора по часовой стрелке в d, как вращение против часовой стрелки, так и обратный процесс d энергетически невыгодны. В этом отношении предпочтение направления вращения определяется как положением функциональных групп, так и формой геликена и, таким образом, встроено в структуру молекулы, а не диктуется внешними факторами.

Двигатель Келли и его сотрудников — элегантный пример того, как химическая энергия может использоваться для создания управляемого однонаправленного вращательного движения, процесса, напоминающего потребление АТФ в организмах, чтобы подпитывать многочисленные процессы. Однако он страдает серьезным недостатком: последовательность событий, которая приводит к повороту на 120 °, не воспроизводится. Поэтому Келли и его коллеги искали способы расширить систему, чтобы эту последовательность можно было выполнять многократно. К сожалению, их попытки достичь этой цели не увенчались успехом, и в настоящее время проект был заброшен. [5] В 2016 г. Дэвид ЛиГруппа изобрела первый автономный синтетический молекулярный двигатель, работающий на химическом топливе. [6]

Сообщалось о некоторых других примерах синтетических роторных молекулярных двигателей с химическим приводом, которые все работают за счет последовательного добавления реагентов, включая использование стереоселективный открытие кольца из рацемический биарил лактон за счет использования хиральных реагентов, что приводит к направленному вращению одного арила на 90 ° по отношению к другому арилу. Браншо и его сотрудники сообщили, что этот подход, сопровождаемый дополнительным этапом замыкания кольца, может использоваться для выполнения неповторяемого поворота на 180 °. [7] Феринга и его сотрудники использовали этот подход при разработке молекулы, которая может многократно совершать вращение на 360 °. [8] Полное вращение этого молекулярного мотора происходит в четыре этапа. На этапах A и C вращение арил часть ограничено, хотя спираль инверсия возможна. На стадиях B и D арил может вращаться относительно нафталин с стерические взаимодействия предотвращение прохождения арила через нафталин. Цикл вращения состоит из четырех этапов, вызванных химическим воздействием, которые осуществляют преобразование одного этапа в следующий. Стадии 1 и 3 представляют собой реакции асимметричного раскрытия кольца, в которых используется хиральный реагент для управления направлением вращения арила. Шаги 2 и 4 состоят из снятие защиты из фенол, с последующим региоселективный формирование кольца.

Роторные молекулярные двигатели с легким приводом

В 1999 г. лаборатория Проф. Д-р Бен Л. Феринга на Гронингенский университет, Нидерланды, сообщила о создании однонаправленного молекулярного ротора. [9] Их молекулярная двигательная система на 360 ° состоит из бис-геликен связаны алкен отображение двойной связи осевая хиральность и имея два стереоцентры.

Один цикл однонаправленного вращения занимает 4 шага реакции. Первый шаг — низкая температура эндотермический фотоизомеризация из транс (п,п) изомер 1 к СНГ (M,M) 2 куда п стоит для правшей спираль и M для левой спирали. В этом процессе два осевой метил группы превращаются в две меньше стерически благоприятный экваториальный метильные группы.

При повышении температуры до 20 ° C эти метильные группы превращаются обратно в экзотермически в (п,п) СНГ осевые группы (3) в инверсия спирали. Поскольку аксиальный изомер более стабилен, чем экваториальный изомер, обратное вращение блокируется. Вторая фотоизомеризация превращает (п,п) цис 3 в (M,M) транс 4, опять же с сопутствующим образованием стерически неблагоприятных экваториальных метильных групп. Процесс термической изомеризации при 60 ° C закрывает цикл на 360 ° обратно в осевые положения.

Главное препятствие, которое необходимо преодолеть, — это длительное время реакции для полного вращения в этих системах, которое несравнимо со скоростями вращения, отображаемыми моторными белками в биологических системах. В самой быстрой на сегодняшний день системе с флуорен в нижней половине период полураспада тепловой инверсии спирали составляет 0,005 секунды. [10] Это соединение синтезируется с использованием Реакция Бартона-Келлогга. Считается, что в этой молекуле самый медленный шаг в ее вращении, термически индуцированная инверсия спирали, происходит гораздо быстрее, потому что чем больше терт-бутил группа делает нестабильный изомер даже менее стабильным, чем когда метил группа используется. Это связано с тем, что нестабильный изомер более дестабилизирован, чем переходное состояние, которое приводит к инверсии спирали. Различное поведение двух молекул иллюстрируется тем фактом, что время полужизни соединения с метильной группой вместо терт-бутильная группа составляет 3,2 минуты. [11]

Читать еще:  Drive2 чип тюнинг двигателя

Принцип Feringa был воплощен в прототипе нанокар. [12] Машина синтезированный имеет двигатель на основе геликена с олиго (фениленэтиниленовым) шасси и четыре карборан колеса и, как ожидается, сможет двигаться по твердой поверхности с сканирующая туннельная микроскопия мониторинг, хотя пока этого не наблюдалось. Двигатель не работает с фуллерен колеса, потому что они утолить фотохимия мотора часть. Также было показано, что двигатели Feringa остаются работоспособными при химическом присоединении к твердым поверхностям. [13] [14] Способность некоторых систем Feringa действовать как асимметричный катализатор также был продемонстрирован. [15] [16]

В 2016 году Феринга был удостоен Нобелевской премии за свои работы по молекулярным двигателям.

Экспериментальная демонстрация электромотора на одной молекуле

Одномолекулярный двигатель с электрическим приводом, состоящий из одной молекулы п-бутилметилсульфид (C5ЧАС12S) не поступало. Молекула адсорбируется на медь (111) монокристалл по частям хемосорбция. [ нужна цитата ]

Молекулярные моторы

Молекулярные двигатели — молекулярные машины, способные осуществлять вращение при приложении к ним энергии. Традиционно термин «молекулярный двигатель» применяется, когда речь заходит об органических белковых соединениях, однако в настоящее время его применяют и для обозначения неорганических молекулярных двигателей [1] и используют в качестве обобщающего понятия. Возможность создания молекулярных моторов впервые была озвучена Ричардом Фейнманом в 1959 году.

Главной особенностью молекулярных роторов являются повторяющиеся однонаправленные вращательные движения происходящие при подаче энергии. В дальнейшем это направление получило развитие за счёт двух научных докладов, опубликованных в 1999 году, описывающих природу молекулярных роторов. Однако в докладах не указывалось причин, за счёт которых молекулы были способны генерировать крутящий момент. Ожидается, что в ближайшее время будет проведено значительное количество исследований в данной области и появится понимание химии и физики наноразмерных роторов.

Содержание

  • 1 Обзор методов вращения
    • 1.1 Химический метод
    • 1.2 Световой метод
    • 1.3 Туннелирование электронов
  • 2 Ссылки
  • 3 См. также

Обзор методов вращения

Химический метод

Впервые о создании молекулярного двигателя вращения сообщил Росс Келли в своей работе в 1999 году [2] . Его система состояла из трёх триптициновых роторов и хелициновой части и была способна выполнять однонаправленные вращения в плоскости 120°.

Ротация происходит в 5 этапов. Во-первых, аминовая группа на триптициновой части молекулы преобразуется в изоциановую группу путём конденсации молекул фосгена (a). Вращение вокруг центральной оси осуществляется за счёт прохода изоциановой группы в непосредственной близости от гидроксильной группы, расположенной на хелициновой части молекулы (b), благодаря чему эти две группы реагируют между собой (c). Эта реакция создает ловушку для уретановой группы, что увеличивает её натяжение и обеспечивает начало вращательного движения при достаточном уровне поступающей термической энергии. После приведения молекулярного ротора в движение в дальнейшем требуется только незначительное количество энергии для осуществления ротационного цикла (d). Наконец, расщепление уретановой группы восстанавливает аминовую группу и обеспечивает дальнейшую функциональность молекулы (е).

Результатом этой реакции является однонаправленное вращение триптициновой части на 120° по отношению к хелициновой части. Дополнительному движению вперёд препятствует хелициновая часть молекулы, которая выполняет роль, аналогичную роли храповика в часовом механизме. Однонаправленное движение является результатом асимметрии хелициновой части, а также появлением уретановой группы (c). Вращение может осуществляться только по часовой стрелке, для проведения процесса вращения в другую сторону требуется гораздо большие затраты энергии (d).

Двигатель Келли является прекрасным примером того, как химическая энергия может быть использована для создания однонаправленного вращательного движения, процесса, который напоминает потребление АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) в живых организмах. Тем не менее данная модель не лишена серьёзных недостатков: последовательность событий, которая приводит к вращению на 120° не повторяется. Поэтому Росс Келли и его коллеги искали различные пути для обеспечения неоднократного повторения этой последовательности. Попытки достичь цели не увенчались успехом и проект был закрыт [3] .

Световой метод

В 1999 году из лаборатории доктора Бена Феринги в университете Гронингена (Нидерланды) поступило сообщение о создании однонаправленного молекулярного ротора [4] . Их молекулярный двигатель вращения на 360° состоит из бис-хелицина соединённого двойной аксиальной связью и имеющий два стереоцентра.

Один цикл однонаправленного вращения занимает 4 этапа. На первом этапе низкая температура вызывает эндотермическую реакцию в транс-изомере (P, P) преобразуя его в цис-изомер (M, M), где P — правозакрученная спираль, а M — левозакрученная спираль (1, 2). В этом процессе две осевые метиловые группы преобразуются в экваториальные.

Путём повышения температуры до 20 °C метиловые группы конвертируются обратно в экзотермальные (P, P) цис-аксиальных группы (3). Так как осевые изомеры являются более стабильными, чем экваториальные изомеры, то обратный процесс ротации невозможен. Фотоизомеризация преобразует цис-изомер (P, P) в транс-изомер (M, M), опять с образованием экваториальных мелиловых групп (3, 4). Тепловой процесс изомеризации при 60 °C закрывает 360° цикла вращения по отношению к первоначальной позиции.

Серьёзным препятствием для осуществления этой реакции является низкая скорость вращения, которая даже не сопоставима с существующими в природе биологическими молекулярными роторами. В наиболее быстрых на сегодняшний день системах с фтор-группами половина термической инверсии спирали молекулы осуществляется за 0,005 секунды [5] . Этот процесс происходит с использованием реакции Бартона-Келлога. Медленный шаг вращения, как предполагают, можно значительно ускорить за счёт большего количества трет-бутиловых групп, которые делают изомер ещё менее стабильным, по сравнению с метиловыми группами. Так как нестабильность изомеров повышается, то и ускоряется инверсия спирали молекулы.

Принципы работы молекулярного ротора Феринги были включены в прототип наноробота [6] . Прототип имеет синтетические хелициновые двигатели с олиго-шасси и 4 карбоновыми [ неизвестный термин ] колёсами и, как ожидается, сможет осуществлять движение по твёрдой поверхности под контролем сканирующего туннельного микроскопа. Однако, пока двигатель не работает на основе фуллереновых колёс, потому что они снижают фотохимическую реакцию частей ротора.

Читать еще:  Что такое двигатель lwb

Туннелирование электронов

По аналогии с традиционным электродвигателем, наномасштабные молекулярные моторы могут быть приведены в движение путём резонансного или нерезонансного туннелирования электронов [7] . Наноразмерные вращающиеся машины на основе этих принципов были разработаны Петром Кралом и его сотрудниками в Университете штата Иллиойс в Чикаго [8] .

Как показано в правой части рисунка, один из типов моторов имеет ось, формируемую на основе углеродных нанотрубок, которые могут быть установлены на подшипниках CNT. У мотора имеется три (шесть) лопастей, образованных на основе полимеризированного ицеана. Лопасти ориентированы под углом 120° (60°) к друг другу и имеют длину от 2 нм, чтобы не допустить нерезонансного туннелирования электронов от лопастей к валу (оси). Энергия в систему подается через передачу электрона вдоль лопастей путём резонансного туннелирования. Лопасти формируют молекулы, сопряженные с фуллеренами, ковалентно соединёнными в верхней части лопастей. В принципе, такие гибридные молекулярные роторы могут быть синтезированы в реакциях циклоприсоединения.

В однородном электростатическом поле E, ориентированном вдоль вертикального направления, используется периодическая зарядка и разрядка лопасти мотора с помощью туннелирования электронов из двух нейтральных металлических электродов. Каждый фуллереновый переключатель меняет знак заряда с помощью двух электронов с положительного (+q) на отрицательный (−q) посредством туннеля между нейтральным электродом и фуллереном. Чтобы повернуть лопасть мотора, электрод теряет два электрона (в результате чего на нём меняется заряд), и лопасть совершает половину цикла вращения в электрическом поле E. Другая половина цикла вращения происходит аналогично (только электрод получает два электрона). Таким образом происходит непрерывное вращение трех (шести) лопастей с фуллеренами. Молекулярный двигатель ведёт своё диполь P, который находится в средней ортогонали [ неизвестный термин ] по направлению к электрическому полю E, генерируя постоянный крутящий момент.

Эффективность метода туннелирования электронов сопоставима с аналогичной эффективностью привода макроскопических электромоторов, но она может снизиться из-за шумов и структурных дефектов.

Создан первый молекулярный мотор

5 сентября 2005

Европейские химики создали полностью синтетический молекулярный мотор, способный перемещать макроскопические объекты.

По словам Дэвида Ли (David Leigh) из Эдинбургского университета (Великобритания), его группе удалось впервые в мире успешно применить молекулярный двигатель для перемещения в пространстве макрообъекта. До этого исключительная монополия на использование молекулярных моторов принадлежала Природе, которая широко применяет их для сокращения мышечных волокон, трансформации световых сигналов, воспринимаемых сетчаткой глаза, в нервные импульсы и выполнения других тонких задач.

Основу молекулярного мотора составляют так называемые «нано-шаттлы», созданные Дэвидом Ли совместно с коллегами из Болонского университета (Италия) и Центра физических исследований при Гронингенском университете (Нидерланды). Они представляют собой длинные углеводные цепочки, на каждую из которых «нанизано» кольцо из органических молекул, химически не связанное с «осью». За счет тепловых флуктуаций кольцо может хаотически перемещается вдоль углеводной цепочки. Чтобы оно не соскочило, на концах цепочек расположены специальные группы, способные удерживать кольцо за счет водородных связей.

Одна из этих групп чувствительна к ультрафиолетовому излучению, а другая построена на основе тефлона. В обычных условиях кольцо, хаотически перемещаясь, соединяется с первой группой, оставляя тефлоновый «наконечник» свободным. Если же молекулярный мотор облучить ультрафиолетом, водородная связь разрывается, кольцо отцепляется, перемещается к тефлоновой части углеводной цепочки и снова «прилипает» к новому хозяину.

В поставленном исследователями эксперименте слой таких «нано-шаттлов» покрывал золотую поверхность. Включение и выключение источника ультрафиолета позволяло управлять свойствами поверхности, произвольным образом меняя ее смачиваемость. Изменение смачиваемости поверхности, в свою очередь, обусловливало перемещение лежащей на поверхности капли воды.

На видеоролике, сопровождающем публикацию в журнале Nature, видно, как под действием ультрафиолетового света капля жидкости размером около двух миллиметров сплющивается и начинает медленно ползти по поверхности. На другом ролике капля поднимается по склону под углом 12 градусов. Нельзя сказать, что этот механизм работает быстро. Заметного (на несколько миллиметров) перемещения капли приходится ждать несколько минут. Однако масштаб этого передвижения в несколько миллионов раз больше размеров самого молекулярного мотора. Это все равно как если бы миллиметрового размера двигатель мог перемещать вас на километровые расстояния.

Конечно, данный эксперимент в большей мере – демонстрация принципиальной возможности создания искусственных молекулярных моторов, чем практически полезное приспособление, однако Дэвид Ли допускает, что подобный метод может использоваться для прокачки жидкости через тонкие капилляры, например, в кремниевых чипах. Обычные насосы не справляются с такой работой, поскольку в капиллярах очень велико сопротивление течению жидкости. Однако, управляя смачиваемостью стенок капилляров, можно заставить жидкость течь в нужном направлении.

Молекулярный мотор

Молекулярные двигатели — это естественные (биологические) или искусственные молекулярные машины, которые являются основными движущими силами живых организмов. В общем, двигатель — это устройство, которое потребляет энергию в одной форме и преобразует ее в движение или механическую работу ; например, многие из белков основанных молекулярные моторов использовать химическую свободную энергию выпущенную гидролизом из АТФ для выполнения механической работы. [1] С точки зрения энергетической эффективности этот тип двигателя может превосходить существующие в настоящее время искусственные двигатели. Одно из важных различий между молекулярными двигателями и макроскопическими двигателями заключается в том, что молекулярные двигатели работают в термальной ванне , среде, в которой колебания из-за теплового шума значительны.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Примеры
  • 2 Транспорт органелл и везикул
  • 3 Теоретические соображения
  • 4 Экспериментальное наблюдение
  • 5 Небиологический
  • 6 См. Также
  • 7 ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Примеры [ править ]

Некоторые примеры биологически важных молекулярных моторов: [2]

  • Цитоскелетные моторы
    • Миозины отвечают за сокращение мышц, транспортировку внутриклеточных грузов и производство клеточного напряжения.
    • Kinesin перемещает груз внутри клеток от ядра вдоль микротрубочек , в антероградной транспорте .
    • Dynein производит axonemal биения ресничек и жгутиков , а также осуществляет перевозку грузов вдоль микротрубочек в направлении к ядру клетки, в ретроградном транспорте .
  • Двигатели для полимеризации
    • Полимеризация актина создает силы и может использоваться для движения. Используется АТФ .
    • Полимеризация микротрубочек с использованием GTP .
    • Динамин отвечает за отделение клатриновых зачатков от плазматической мембраны. Используется GTP .
  • Роторные двигатели:
    • Р о F 1 -АТФ — синтазы семейство белков преобразуют химическую энергию в АТФ к электрохимическим потенциальной энергии протонного градиента через мембрану или наоборот. Катализ химической реакции и движение протонов связаны друг с другом посредством механического вращения частей комплекса. Он участвует в синтезе АТФ в митохондриях и хлоропластах, а также в перекачке протонов через вакуолярную мембрану . [3]
    • Жгутик бактерий, ответственный за плавание и опрокидывание кишечной палочки и других бактерий, действует как жесткий пропеллер, приводимый в движение роторным двигателем. Этот двигатель приводится в движение потоком протонов через мембрану, возможно, с использованием механизма, аналогичного механизму, обнаруженному в двигателе F o в АТФ-синтазе.
Читать еще:  Что такое дмрв двигатель лада

  • Моторы с нуклеиновой кислотой:
    • РНК-полимераза транскрибирует РНК из ДНК- матрицы. [5]
    • ДНК-полимераза превращает одноцепочечную ДНК в двухцепочечную ДНК. [6]
    • Геликазы разделяют двойные цепи нуклеиновых кислот перед транскрипцией или репликацией. Используется АТФ .
    • Топоизомеразы уменьшают сверхспирализацию ДНК в клетке. Используется АТФ .
    • Комплексы RSC и SWI / SNF ремоделируют хроматин в эукариотических клетках. Используется АТФ .
    • Белки SMC, ответственные за конденсацию хромосом в эукариотических клетках. [7]
    • Моторы упаковки вирусной ДНК вводят вирусную геномную ДНК в капсиды как часть своего цикла репликации, очень плотно упаковывая ее. [8] Было предложено несколько моделей, чтобы объяснить, как белок генерирует силу, необходимую для вталкивания ДНК в капсид; обзор см. в [1] . Альтернативное предложение состоит в том, что, в отличие от всех других биологических моторов, сила создается не непосредственно белком, а самой ДНК. [9] В этой модели гидролиз АТФ используется для управления конформационными изменениями белка, которые альтернативно дегидратируют и регидратируют ДНК, циклически перемещая ее от B-ДНК к A-ДНК. и обратно. A-ДНК на 23% короче, чем B-ДНК, и цикл сжатия / расширения ДНК связан с циклом захвата / высвобождения белок-ДНК для создания поступательного движения, которое продвигает ДНК в капсид.
  • Ферментные двигатели: ферменты, представленные ниже, диффундируют быстрее в присутствии их каталитических субстратов, что известно как усиленная диффузия. Также было показано, что они движутся направленно в градиенте своих субстратов, известном как хемотаксис. Их механизмы диффузии и хемотаксиса все еще обсуждаются. Возможные механизмы включают локальные и глобальные тепловые эффекты, форез или конформационные изменения. [10][11][12]
    • Каталаза
    • Уреаза
    • Альдолаза
    • Гексокиназа
    • Фосфоглюкозоизомераза
    • Фосфофруктокиназа
    • Глюкозооксидаза
  • Химиками были созданы синтетические молекулярные моторы , которые вызывают вращение, возможно, генерирующее крутящий момент. [ необходима цитата ]

Транспорт органелл и пузырьков [ править ]

Есть два основных семейства молекулярных моторов, которые транспортируют органеллы по клетке. Эти семейства включают семейство динеинов и семейство кинезинов. Оба имеют очень разные структуры друг от друга и разные способы достижения схожей цели перемещения органелл по клетке. Эти расстояния, хотя и всего несколько микрометров, заранее планируются с использованием микротрубочек. [13]

  • Кинезин — эти молекулярные моторы всегда движутся к положительному концу клетки.
    • Использует гидролиз АТФ в процессе преобразования АТФ в АДФ
      • Этот процесс состоит из. . .
        • «Нога» мотора связывается с помощью АТФ, «стопа» выполняет шаг, а затем АДФ отрывается. Это повторяется до тех пор, пока пункт назначения не будет достигнут.
    • Семейство кинезинов состоит из множества различных типов двигателей.
      • Кинезин-1 ( обычный )
      • Кинезин-2 (гетеротримерный)
      • Кинезин-5 (биполярный)
      • Кинезин-13
  • Динеин — эти молекулярные моторы всегда движутся к отрицательному концу клетки.
    • Использует гидролиз АТФ в процессе преобразования АТФ в АДФ
    • В отличие от кинезина, динеин структурирован по-другому, что требует от него различных методов движения.
      • Один из этих методов включает в себя силовой удар, который позволяет моторному белку «ползать» по микротрубочке к своему местоположению.
    • В состав Динеина входят:
      • Стебель, содержащий
        • Область, которая связывается с динактином
        • Промежуточные / легкие цепи, которые будут прикрепляться к области связывания динактина
      • Предстоящий
      • Стебель
        • С доменом, который будет связываться с микротрубочками.
          Эти молекулярные моторы стремятся следовать по пути микротрубочек . Скорее всего, это связано с тем, что микротрубочки выходят из центросомы и окружают весь объем клетки. Этот интервал создает «рельсовую систему» ​​всей клетки и путей, ведущих к ее органеллам.

Теоретические соображения [ править ]

Поскольку моторные события являются стохастическими , молекулярные моторы часто моделируются уравнением Фоккера – Планка или методами Монте-Карло . Эти теоретические модели особенно полезны при рассмотрении молекулярного мотора как броуновского мотора .

Экспериментальное наблюдение [ править ]

В экспериментальной биофизике активность молекулярных моторов наблюдается с помощью множества различных экспериментальных подходов, среди которых:

  • Флуоресцентные методы: флуоресцентный резонансный перенос энергии ( FRET ), флуоресцентная корреляционная спектроскопия ( FCS ), флуоресценция полного внутреннего отражения ( TIRF ).
  • Магнитный пинцет также может быть полезен для анализа двигателей, которые работают с длинными участками ДНК.
  • Спектроскопию нейтронного спинового эха можно использовать для наблюдения за движением в наносекундных временных масштабах.
  • Оптические пинцеты (не путать с молекулярными пинцетами в контексте) хорошо подходят для изучения молекулярных двигателей из-за их низкой жесткости пружины.
  • Методы рассеяния: отслеживание отдельных частиц на основе микроскопии темного поля или микроскопииинтерферометрического рассеяния (iSCAT)
  • Электрофизиология одиночных молекул может использоваться для измерения динамики отдельных ионных каналов.

Также используются многие другие техники. Ожидается, что по мере развития новых технологий и методов знания о встречающихся в природе молекулярных двигателях будут полезны при создании синтетических наноразмерных двигателей.

Небиологические [ править ]

В последнее время химики и те, кто занимается нанотехнологиями , начали исследовать возможность создания молекулярных двигателей de novo. Эти синтетические молекулярные двигатели в настоящее время имеют множество ограничений, которые ограничивают их использование в исследовательской лаборатории. Однако многие из этих ограничений могут быть преодолены по мере расширения нашего понимания химии и физики в наномасштабе. Один шаг к пониманию динамики в наномасштабе был сделан с изучением диффузии катализатора в каталитической системе Грабба. [14] Другие системы, такие как нанотранспортные средства , хотя технически не являются двигателями, также являются иллюстрацией недавних усилий по созданию синтетических наноразмерных двигателей.

Другие не реагирующие молекулы также могут вести себя как двигатели. Это было продемонстрировано с помощью молекул красителя, которые движутся направленно в градиентах раствора полимера за счет благоприятных гидрофобных взаимодействий. [15] Другое недавнее исследование показало, что молекулы красителя, твердые и мягкие коллоидные частицы способны перемещаться через градиент раствора полимера за счет исключенных объемных эффектов. [16]

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector