분자 모터

예시

요약

관점

다음은 생물학적으로 중요한 분자 모터의 예시들이다.^[2]

세포 골격 모터
- 미오신(Myosin)은 근육 수축, 세포 내 화물 운송 및 세포 장력 생성을 담당한다.
- 키네신(Kinesin)은 거리에 따라 핵의 세포 내부화물을 미세소관을 통해 이동시킨다.
- 다이닌(Dynein)은 역행 운송에서 섬모와 편모의 축사를 생산하고 미세소관을 따라 세포핵을 향해 화물을 운반한다.
중합 모터
- 액틴 중합(Actin Polymerization)은 힘을 발생시키고 추진에 사용될 수 있다. 아데노신 삼인산이 사용된다.
- 미세소관 중합(Microtubule Polymerization)은 구아노신 삼인산이 사용된다.
- 디나민(Dynamin)은 원형질 막에서 클라트린의 분리를 담당한다. 구아노신 삼인산이 사용된다.
로터리 모터
- F_OF₁ - ATP 합성 효소의 패밀리는 세포막 또는 다른 방법으로 주위에 걸쳐 양성자 구배의 전기 에너지로 아데노신 삼인산의 화학 에너지를 변환한다. 화학 반응의 촉매 작용 및 양성자의 이동은 복합체 일부의 기계적 회전을 통해 서로 결합된다. 이것은 미토콘드리아와 엽록체의 아데노신 삼인산 합성과 진공 막을 가로 질러 양성자 펌핑에 관여한다.^[3]
- 대장균과 다른 세균의 유영과 회전을 담당하는 세균 편모는 회전 모터에 의해 구동되는 단단한 프로펠러의 역할을 한다. 이 모터는 ATP 합성 효소의 F_o 모터에서 발견되는 것과 유사한 메커니즘을 사용하여 막을 가로 지르는 양성자의 흐름에 의해 구동된다.

핵산 모터
- RNA 중합 효소(RNA Polymerase)는 DNA 주형으로부터 RNA를 전사한다.^[5]
- DNA 중합 효소(DNA Polymerase)는 단일 가닥 DNA를 이중 가닥 DNA로 만든다.^[6]
- 헬리케이스(Helicase)는 전사 또는 복제 전에 핵산의 이중 가닥을 분리한다. ATP가 사용된다.
- 국소이성화질효소(Topoisomerase)는 세포에서 DNA의 슈퍼 코일을 감소시킨다. ATP가 사용된다.
- RSC, SWI / SNF 복합체는 진핵 세포에서 염색질을 리모델링한다. ATP가 사용된다.
- SMC 단백질은 진핵 세포에서 염색체 응축을 담당한다.^[7]
- 바이러스성 DNA 포장 모터는 바이러스 게놈 DNA를 복제주기의 일부로 캡시드에 주입하여 매우 단단히 포장한다.^[8] 단백질이 어떻게 DNA를 캡시드 내로 유도하는데 필요한 힘을 생성하는지 설명하기 위해 여러 모델이 제시되었다. 다른 제안은 다른 모든 생물학적 운동과 달리 힘은 단백질이 아니라 DNA 자체에 의해 직접 생성된다는 것이다.^[9] 이 모델에서 ATP 가수 분해는 대안적으로 DNA를 탈수 및 재수화하는 단백질 형태 변화를 구동하고, 이를 주기적으로 B-DNA에서 A-DNA로 구동하고 다시 되돌리는데 사용된다. A-DNA는 B-DNA보다 23% 더 짧으며, DNA 수축/확장 사이클은 단백질 DNA 그립/릴리즈 사이클에 결합되어 캡시드로 DNA를 추진시키는 전진 운동을 생성한다.

효소 모터 :
- 카탈레이스(Catalase)
- 우레이스(Urease)
- 알돌레이스(Aldolase)
- 헥소키네이스(Hexokinase)
- 포스포글루코스 이성화효소(Phosphoglucose Isomerase)
- 포스포프룩토 인산화효소(Phosphofructokinase)
- 포도당 산화 효소(Glucose Oxidase)
합성 분자 모터(Synthetic Molecular Motor)는 회전을 발생시켜 토크를 발생시키는 화학자에 의해 만들어졌다.

실험적 관찰

생물리학 실험에서 분자 모터의 활동은 여러 가지 실험 접근법으로 관찰된다.

형광 방법
- 형광공명에너지전달(Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET)
- 형광 상관 분광학(Fluorescence Correlation Spectroscopy, FCS)
- 전반사 형광 (total internal reflection fluorescence, TIRF)
마그네틱 핀셋은 긴 DNA 조각에서 작동하는 모터의 분석에도 유용하다.
중성자 스핀 에코 분광법을 사용하여 나노 초 시간에서 움직임을 관찰 할 수 있다.
광 핀셋(분자 핀셋 과 혼동하지 않아야 함)은 스프링 상수가 낮기 때문에 분자 모터를 연구하는 데 적합하다.
산란 기법
- 암시야 현미경(Dark Field Microscopy)에 기반한 단일 입자 추적
- 간섭 산란 현미경(interferometric SCATtering microscopy, iSCAT)에 기반한 단일 입자 추적
단일 분자 전기생리학을 사용하여 개별 이온 채널의 역학을 측정 할 수 있다.

더 많은 기술도 사용된다. 새로운 기술과 방법이 개발됨에 따라 자연 발생 분자 모터에 대한 지식이 합성 나노 스케일 모터 구성에 도움이 될 것으로 예상된다.

비생물학적

최근에 화학자들과 나노 기술에 관련된 사람들은 분자 모터를 만들 수 있는 가능성을 모색하기 시작했다. 이러한 합성 분자 모터는 현재 연구 실험실에 대한 사용을 제한하는 많은 한계를 겪고 있다. 그러나 나노 스케일에서의 화학 및 물리학에 대한 이해가 높아짐에 따라 이러한 많은 한계가 극복 될 수 있다. 나노 스케일 역학을 이해하기 위한 첫 단계는 촉매 시스템에서 촉매 확산에 대한 연구를 통해 이루어졌다.^[10]

다른 비반응성 분자도 모터로 작동 할 수 있다. 이는 바람직한 소수성 상호 작용을 통해 중합체 용액의 구배에서 방향으로 이동하는 염료 분자를 사용함으로써 입증되었다.^[11] 또 다른 최근의 연구는 염료 분자, 경질 및 연질 콜로이드 입자가 배제된 부피 효과를 통해 중합체 용액의 구배를 통해 이동할 수 있음을 보여주었다.^[12]

예시

이론적 고려 사항

실험적 관찰

비생물학적

같이 보기

참고

각주

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