Moleküler motorlar canlı organizmalarda hareketi sağlayan biyolojik moleküler makinalardır. Genel olarak, bir motor enerji kullanıp onu hareket veya mekanik işe dönüştürür. Örneğin, çoğu protein-temelli moleküler motor ATP'nin hizdrolizi ile açığa çıkan serbet enerjisini kullanıp onu mekanik işe dönüştürür.[1] Enerjetik verimlilik açısından bu tür motorlar hâlen mevcut insan yapımı motorlardan üstündürler. Moleküler motorlarla makroskopik motorlar arasındaki önemli bir fark, moleküler motorların termal banyo içinde çalışmalarıdır, bu ortamda termal gürültüden kaynaklanan fluktuasyonlar önemli düzeydedir.
Moleküler motor
Biyolojik olarak önemli olan bazı motorlara örnekler aşağıda verilmiştir:[2]
Bakteriyel flagellum, E. coli 'nin yüzmesi ve tökezlemesinden sorumludur. Diğer bakterilerde döner bir motor tarafından güç alan rijit bir pervane olarak çalışır. Bu motor, membran aşan bir proton akımı tarafından çalıştırılır, muhtemelen ATP sentazdaki Fo motorundakine benzer bir mekanizma ile.
Helikazlartranskripsiyon veya ikilenmeden önce nükleik asitlerin iki ipliğini birbirinden ayırırlar. ATP ile çalışırlar.
Topoizomerazlar hücre içindeki DNA'nın süperburgusunu azaltır. ATP ile çalışırlar.
Kromatin yapı şekillenme kompleksi (Chromatin Structure Remodeling (RSC) Complex; RSC) ve SWI/SNF kompleksleri ökaryotik hücrelerde kromatin'in yeniden şekillenmesini sağlar. ATP ile çalışırlar.
Virüslerdeki ikileşme döngüsünün parçası olarak viral paketleme motorları genomik DNA'yı kapsit içine enjekte edip onun sıkıca paketlenmesini sağlarlar.[8]
Sentetik moleküler motorlar kimyagerler tarafından yaratılmıştır, dönme hareketi yaparlar.
Moleküler olaylar stokastik (rassal) oldukları için, moleküler motorler çoğu zaman Fokker-Planck denklemi veya Monte Carlo yöntemleri ile modellenirler. Bu teorik modeller moleküler motorları Brown motorları olarak ele almalarıyla özellikle yararlıdırlar.
Deneysel biyofizikte, moleküler motorların aktivitesi çeşitli deneysel yaklaşımlarla gözlemlenebilir. Bunlar arasında şunlar sayılabilir:
Flüoresan yöntemler: Flüoresans resonans enerji transferi, flüoresans korrelasyon spektroskopisi
Manyetik cımbızlar DNA üzerinde çalışan motorların analizinde kullanılabilir.
Nötron spin yankı spektroskopisi nanosaniye zaman ölçeğindeki hareketleri gözlemlemek için kullanılabilir.
Optik cımbızlar, düşük yay sabitleri nedeniyle moleküler motorları çalışmak için elverişlidir.
Çeşitli başka teknikler daha vardır. Yeni teknolojiler ve yöntemler geliştirildikçe doğada bulunan moleküller motorlar hakkında bilgilerden yararlanılarak nano-ölçekli yapay motorların inçası mümkün olacaktır.
Tsunoda SP, Aggeler R, Yoshida M, Capaldi RA (Ocak 2001). "Rotation of the c subunit oligomer in fully functional F1Fo ATP synthase". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (3). ss.898-902. doi:10.1073/pnas.031564198. PMC14681$2. PMID11158567.KB1 bakım: Birden fazla ad: yazar listesi (link)
Smith DE, Tans SJ, Smith SB, Grimes S, Anderson DL, Bustamante C (Ekim 2001). "The bacteriophage straight phi29 portal motor can package DNA against a large internal force". Nature. 413 (6857). ss.748-52. doi:10.1038/35099581. PMID11607035.KB1 bakım: Birden fazla ad: yazar listesi (link)