Motoarele biologice sunt proteine motorii și complexe proteice care generează forță mecanică pentru mișcarea celulelor, transportul intracelular și alte procese biologice .
Motoarele biologice includ proteine motorii, de exemplu, miozinele , kinezinele și dineinele , care asigură contracția musculară, mișcarea celulelor non-musculare, diviziunea celulară , endocitoza , exocitoza , precum și procesele de transport intracelular al organitelor și macromoleculelor . Proteinele motorii enumerate aparțin așa-numitelor motoare liniare, care efectuează lucrări mecanice , mișcându-se într-o direcție de-a lungul componentelor citoscheletului - microfilamente (miozine) sau microtubuli (kinezine și dineine).
Ei folosesc adenozin trifosfat (ATP), substratul energetic universal al celulei, drept combustibil. De obicei, proteinele motorii care efectuează mișcarea fie în față, fie în direcția opusă dezvoltă un efort diferit în acest caz. Toate proteinele motorii sunt reglate de sisteme celulare care își desfășoară activarea, inhibarea și interacțiunea cu mărfurile transportate.
Bacteriile au un motor rotativ, asemănător cu un motor electric în structura sa , așa-numitul complex motor flagelar. Este folosit pentru rotirea flagelilor și mutarea celulelor într-un mediu acvatic. Un alt complex proteic care efectuează mișcări de rotație, așa-numita ATP sintetază , se găsește în toate organismele vii. În celulele animale și vegetale, este încorporat în membrana interioară a mitocondriilor , puterile celulelor. Utilizează gradientul electrochimic al protonilor de -a lungul membranei mitocondriale pentru a sintetiza ATP. Acest motor poate funcționa și în direcția opusă - pentru a descompune ATP și, datorită energiei primite, a crea un gradient de protoni pe membrana mitocondrială.
Proteinele motorii speciale dezvoltă o forță mecanică semnificativă și se mișcă atunci când lucrează cu molecule de ADN . Acestea includ ADN polimeraze și ARN polimeraze , care sintetizează acizi nucleici pe un model de ADN; topoizomeraza , care desfășoară catene de ADN dublu catenar; complexe de proteine și ARN-proteină pentru ambalarea genomului viral într-o capsidă .
Tabelul prezintă parametrii mecanici ai unor reprezentanți ai motoarelor biologice:
| Motor | Forța, pN | Pitch, nm | Viteza, nm/s | Eficiență, % (rel. F 1 -ATPază) |
|---|---|---|---|---|
| ARN polimeraza | 14-25 | 0,34 | 3,4-17 | 9-15 |
| ADN polimeraza | 34 | 0,34 | 34-340 | 23 |
| Motorul de ambalare a ADN-ului bacteriofag Phi29 | 57 | — | 33 | — |
| Kinesin | 6 | opt | 800-3000 | 40-60 |
| Miozina | 3-5 | 5-15 | 3000 | 12-42 |
| F1 - ATPaza | 40 pN/nm | 120° | 4 rpm | 100 |
Motoarele biologice sunt la scară nanometrică și adesea mai eficiente decât macromotoarele create de om. Sunt ecologice și biocompatibile . Deoarece motoarele biologice sunt molecule de proteine codificate de genele corespunzătoare, este posibil să le proiectăm cu proprietățile dorite folosind inginerie genetică . Atractivitatea motoarelor biomoleculare pentru nanotehnologie constă în faptul că astăzi sunt practic singurele nanomotoare cu adevărat existente ( dezvoltarea nanomotoarelor artificiale este în stadii foarte incipiente).
Dezavantajul motoarelor biologice este condițiile speciale de funcționare: un mediu lichid cu o anumită compoziție de sare, temperatură și pH . Acest lucru le limitează domeniul de aplicare. Cu toate acestea, aceste cerințe nu limitează utilizarea motoarelor biologice în nanomedicină , de exemplu, atunci când se creează laboratoare de diagnostic pe un cip, sisteme de livrare a genelor și a medicamentelor, sisteme bionanoelectromecanice (bioNEMS) etc.
La scrierea acestui articol, a fost folosit material din articolul distribuit sub licența Creative Commons BY-SA 3.0 Unported :
Shirinsky Vladimir Pavlovich. motoare, biologice // Dicționar de termeni nanotehnologici .
| Motoare biologice | |
|---|---|
| proteine motorii | |
| Vezi și: Motoare moleculare | |