分子马达 (molecular motor)是分布于细胞 内部或细胞表面,可将ATP水解能 或跨膜电化学梯度的自由能 转换为线性或旋转运动能量的蛋白质 或蛋白质复合物;其负责细胞内的一部分物质或者整个细胞的宏观运动。
FO F1 三磷酸腺苷合酶 (ATP synthase / ATPase)分子模型
生物 体内的各种组织 、器官 乃至整个个体的运动最终都归结为分子马达在微观 尺度上的运动。分子马达将化学键中的能量耦合转化为动能 。而化学键 中的能量最终来自细胞膜 或线粒体 膜内外的电化学梯度。
一些在生物学 中较为重要的分子马达[ 1] :
转动马达蛋白 :
F0 F1 三磷酸腺苷合成酶 (ATPase)位于细胞膜或线粒体膜上。利用电化学质子 的梯度合成ATP[ 2] 。
转动马达蛋白令大肠杆菌 (E. coli )和其他一些细菌 的鞭毛 像螺旋桨 一般转动,使它们完成游动、翻滚或转向的动作。这种蛋白质由跨膜质子流 驱动,运作机制可能与中利用到的Fo 马达相似。
微丝 聚合可产生推动力。
人工合成的动力分子已被一些化学家 制出。它们通过改变分子的手性 产生扭矩 ,从而在宏观上产生转向力。
广视野显微镜与三维去卷积(decovolution)技术
共焦距显微镜(confocal microscopy)技术
扫描共焦距激光显微技术(laser-scanning microscopy)
转碟共焦距显微镜技术(spinning-disc confocal microscopy)
全反射(Total Internal Reflection)与倾斜入射(Oblique illumination)激光显微镜技术
动力分子的主要研究方法还包括分子物理学 中的一些技术:
荧光共振能转技术(FRET),以及荧光交互波谱分析(FCS)
单分子电生理分析(Electrophysiology),用于测量单个离子通道(ion channel)的动力学
单分子滑动化验法(single molecule gliding assay),用于测量动力分子的运动速度,弹簧常数,以及processivity.
光镊 ,用于测量动力分子的力学性质
Smith DE, Tans SJ, Smith SB, Grimes S, Anderson DL, Bustamante C. The bacteriophage straight phi29 portal motor can package DNA against a large internal force. Nature. October 2001, 413 (6857): 748–52. PMID 11607035 . doi:10.1038/35099581 .