Мухаметшина Эллина, 1201

Молекулярные моторы — наноразмерные молекулярные машины, способные осуществлять вращение при приложении к ним энергии. Молекулярный мотор – это устройство, которое потребляет энергию и преобразует ее в движение или механическую работу. Традиционно термин «молекулярный мотор» применяется, когда речь заходит об органических белковых соединениях.

Молекулярные моторы — общее название группы белков, способных двигаться по биополимерам, используя энергию распадаАТФ

или ГТФ. К ним относятся кинезины и динеины микротрубочек, миозины актиновых филаментов, а также белки, перемещающиеся вдоль нитей нуклеиновых кислот, например, полимеразы и белки, участвующие в репарации.

• Например, за счёт их работы простейшие могут передвигаться с помощью жгутиков; работают такие моторы и в нашем организме, транспортируя клеточный материал и участвуя в сокращении мышц.

АТФ

• АТФ-синтаза является рекордсменом среди молекулярных моторов своей "весовой категории". По эффективности работы и развиваемой ею силе она существенно превосходит все известные в природе молекулярные моторы. Так, например, молекула АТФ-синтазы приблизительно в 10 раз сильнее актомиозинового комплекса - молекулярной машины, специализирующейся в клетках мышц и различных органах на "профессиональном" выполнении механической работы.

Было продемонстрировано, что он вращается как «мотор», чтобы производить ATФ - химический элемент, являющийся «энергетической валютой жизни».9 Этот мотор производит огромное количество вращающегося момента (вращающей силы) для своих размеров. В эксперименте он вращал нить другого протеина, актина, в 100 раз длиннее его собственной длины. Также, двигая тяжелый груз, он, наверняка, переключается на нижнюю передачу, как и любой другой мотор с хорошим дизайном.

ATPсинтаза также содержит субэлемент F₀, встроенный в мембрану, который функционирует как протонный канал (ионы водорода). Протоны, проходя сквозь F₀, обеспечивают движущую силу мотора F₁-ATPсинтазы. Они вращают похожую на колесо структуру, как вода вращает колесо гидротурбины, но ученые все еще пытаются исследовать как именно. Эти вращения изменяют структуру трех активных позиций фермента. Затем каждый по очереди может присоединить АДФ и неорганический фосфат, чтобы образовать ATФ. В отличие от многих энзимов, где необходима энергия для объединения составных элементов, ATPсинтаза использует энергию, чтобы присоединить их к энзиму и выдать на гора недавно образованные молекулы ATФ. Отделение ATФ от фермента требует больших затрат энергии.

ВРАЩАЮЩИЕСЯ ЭЛЕКТРОМОТОРЫ БАКТЕРИЙ
Для того чтобы плавать, бактерии с помощью специальных электромоторов вращают свои жгутики [2]. Так, например, с поверхности бактерии E. coli наружу выступают приблизительно шесть жгутиков, каждый из которых представляет собой спиралевидную нить диаметром 15 нм и длиной 10 мкм. Когда жгутики начинают синхронно вращаться против часовой стрелки, они сплетаются в единый пучок, который образует своеобразный пропеллер (рис 5, А). Вращение пропеллера создает силу, заставляющую бактерию двигаться почти по прямой линии. После того как направление вращения жгутиков изменяется на противоположное, пучок расплетается и бактерия останавливается, вместо постурательного движения она начинает хаотически вращаться, ее ориентация изменяется. В тот момент, когда все жгутики бактерии снова начнут синхронно вращаться против часовой стрелки, образовав пропеллер, толкающий бактерию, направление ее поступательного движения будет отличаться от первоначального. Таким способом бактерия может изменять направление своего движения. Как и протонные АТРсинтазы, электромоторы бактерий являются устройствами, которые в качестве источника энергии используют разность протонных потенциалов на цитоплазматической мембране. Принципы работы АТРсинтазы и бактериального мотора одинаковы, хотя сами эти конструкции различаются по своим размерам и устройству. Схематическое изображение бактериального мотора показано на рис. 5. Мотор состоит из ротора, статора и некоторых вспомогательных белковых субъединиц, выполняющих роль подшипника, внутри которого вращается стержень ротора (об устройстве и механизмах работы бактериального электромотора см. подробнее [2]). Важными узлами бактериального электромотора являются два соосных диска (называемые М- и S- дисками), центры которых соединены с вращающимся стержнем, выступающим наружу. На периферии диска М находятся многочисленные копии белка, названного МotB. Несколько копий белка МotА, входящего в состав статора, встроены в мембрану и примыкают к краям дисков М и S. Механизм генерации силы, приводящей ротор

во вращение, по-видимому, имеет ту же природу, что и в случае АТРсинтазы. Вращающий момент возникает за счет взаимодействия субъединиц Мot B с белковыми субъединицами Мot А, расположенными на статоре электромотора. Считается, что в состав субъединицы Мot А входят два несоосных протонных полуканала. Подобно протонному каналу АТРсинтазы, путь переноса протонов через мембрану проходит через протонные полуканалы субъединиц Мot А и Мot В [2]. В результате переноса протонов через белки Мot А и Мot В, направленного внутрь бактериальной клетки, происходит вращение ротора. Один полный оборот ротора связан с переносом через мембрану около 1000 протонов.

• Главной особенностью молекулярных моторов являются повторяющиеся однонаправленные вращательные движения происходящие при подаче энергии.

• Для подачи энергии используются химический, световой метод, а также метод туннелирования электронов.