Molekulární motor

Molekulární motory jsou přirozené (biologické) nebo umělé molekulární stroje, které jsou základními činiteli pohybu v živých organismech. Obecně lze říci, že motor je zařízení, které spotřebovává energii v jedné formě a přeměňuje ji na pohyb nebo mechanickou práci; stejně tak mnoho molekulárních motorů na bázi bílkovin využívá volnou chemickou energii uvolněnou hydrolýzou ATP k vykonání mechanické práce.^[1]

Některé příklady biologicky důležitých molekulárních motorů zahrnují:^[2]

• Motory zprostředkovávající pohyb po cytoskeletu:
  • Myoziny jsou zodpovědné za svalovou kontrakci, vnitrobuněčný transport nákladu a vytváření buněčného napětí.
  • Kinezin přesouvá náklad uvnitř buňky směrem od jádra po mikrotubulech, tzv. anterográdní transport.
  • Dynein zajišťuje pohyb řasinek a bičíků a také přenáší náklad podél mikrotubulů směrem k buněčnému jádru v rámci retrográdního transportu.
• Polymerizační motory
  • Polymerizace aktinu přeměňuje chemickou energii na mechanickou a může být využita k pohonu. Využívá se ATP.
  • Polymerizace mikrotubulů pomocí GTP.
  • Protein dynamin zodpovědný za endocytózu. Využívá GTP.
• Rotační motory:
  • Proteiny ze skupiny ATP syntáz přeměňují chemickou energii ATP na elektrochemickou potenciální energii protonového gradientu přes membránu nebo naopak. Katalýza chemické reakce a pohyb protonů jsou vzájemně propojeny prostřednictvím mechanické rotace částí komplexu. To se podílí na syntéze ATP v mitochondriích a chloroplastech i na přečerpávání protonů přes vakuolární membránu.^[3]
  • Bičík bakterií, který je zodpovědný za plavání a pohyb E. coli a dalších bakterií, funguje jako pevná vrtule poháněná rotačním motorem. Tento motor je poháněn tokem protonů přes membránu, pravděpodobně podobným mechanismem jako proteinový motor v ATP syntáze.
• Motory pracující s nukleovými kyselinami:
  • RNA polymeráza přepisuje templátovou DNA na RNA.^[4]
  • DNA polymeráza replikuje DNA.^[5]
  • Helikáza rozpojuje vlákna DNA před transkripcí či replikací. Využívá ATP.
  • Topoizomerázy rozvolňují supercoiling DNA. Využívají ATP.
  • SMC proteiny jsou zodpovědné za kondenzaci chromosomů v eukaryotní buňce.^[6]
  • Molekulární motory obalující virovou DNA v rámci replikačního cyklu vstřikují virovou genomovou DNA do kapsidy a velmi pevně ji zabalí.^[7] Bylo předloženo několik modelů, které vysvětlují, jak protein vytváří sílu potřebnou k vpravení DNA do kapsidy. Alternativním návrhem je, že na rozdíl od všech ostatních biologických motorů není síla generována přímo proteinem, ale samotnou DNA.^[8] V tomto modelu je hydrolýza ATP využívána k pohonu konformačních změn proteinu, které střídavě dehydratují a rehydratují DNA a cyklicky ji pohánějí z B-DNA do A-DNA a zpět. A-DNA je o 23 % kratší než B-DNA a cyklus smršťování/rozpínání DNA je spojen s cyklem uchopení/uvolnění proteinu a DNA, čímž vzniká pohyb vpřed, který pohání DNA do kapsidy.

Existují dvě velké skupiny molekulárních motorů které transportují organely v buňkách. Jsou jimi dyneiny a kinesiny. Liší se strukturou a způsobem transportace organel napříč buňkou. Tyto vzdálenosti, i když jen několik mikrometrů dlouhé, jsou předem naplánovány pomocí mikrotubulů.^[9]

• Kinezin - tyto molekulární motory se vždy pohybují směrem k pozitivnímu konci buňky. Využívají hydrolýzu ATP při procesu přeměny ATP na ADP. „Noha“ motoru se naváže pomocí ATP, postupuje o krok dále po mikrotubulu a poté se ADP odpojí. Tento postup se opakuje, dokud není dosaženo cíle.
• Dynein - tyto molekulární motory se vždy pohybují směrem k negativnímu konci buňky. Využívají hydrolýzu ATP při procesu přeměny ATP na ADP. Na rozdíl od kinezinu má dynein jinou strukturu, která vyžaduje odlišné způsoby pohybu. K jedné z těchto metod patří silový tah, který umožňuje proteinovému motoru „plazit se“ podél mikrotubulu až na místo.

V poslední době začali chemici a lidé zabývající se nanotechnologiemi zkoumat možnost vytvoření molekulárních motorů de novo.^[10] Tyto syntetické molekulární motory v současnosti trpí mnoha omezeními, která omezují jejich použití na výzkumné laboratoře. Mnohá z těchto omezení však mohou být překonána s tím, jak se bude rozšiřovat naše chápání chemie a fyziky v nano rozměrech.

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Molecular motor na anglické Wikipedii.

• Molekulární mechanika
• Vezikul

Zdroj