什么是分子马达？(molecular motors?)

分子马达是生物体细胞环境中的蛋白质组件，通过复杂的折叠和化学过程，可以执行各种目的的机械运动，例如在细胞细胞质内运输材料或电荷，或复制DNA和其他化合物。分子运动蛋白也是肌肉收缩和动作的基础，比如细菌通过螺旋桨驱动的游泳运动。大多数天然分子马达都是通过分解和合成化合物三磷酸腺苷（ATP）来获得化学运动能，其基本过程与生物体生产生命维持所需能量的过程相同。。...

Most molecular motors derive energy from the breakdown and synthesis of ATP.

虽然在基本层面上，分子马达在宏观人类尺度上执行许多与机电马达相同的功能，但它们在不同类型的环境中运行。大多数分子马达活动发生在液体环境中，该环境由热力驱动，并直接受到附近分子的随机运动（称为布朗运动）的影响。这种有机环境，加上分子马达赖以运转的蛋白质折叠和化学反应的复杂性质，使得人们对其行为的了解花费了几十年的研究。。

在原子和分子尺度上的纳米技术研究集中在获取生物材料和制造类似于日常工程所熟悉的马达的分子马达上。其中一个突出的例子是1999年美国马萨诸塞州波士顿学院的一个科学家团队建造的一台发动机，由78个原子组成，耗时四年。这台电机有一个旋转主轴，旋转一圈需要几个小时，设计为只朝一个方向旋转。分子马达以ATP合成为能源，并被用作研究平台，以了解将化学能转化为机械运动的基本原理。荷兰和日本的科学家已经完成了类似的研究，他们使用碳来生产由光能和热能驱动的合成分子马达，而截至2008年，最近的尝试已经开发出一种方法来制造一种能够产生连续水平的旋转力矩的马达。。

从生物学角度来看，分子马达具有多种功能和结构。主要的运输马达由蛋白质肌球蛋白、驱动蛋白和动力蛋白提供动力，肌动蛋白是肌肉收缩中的主要蛋白质，从藻类到人类都有。到2011年，对这些蛋白质功能的研究变得如此详细，以至于现在已经知道，对于50纳米长的驱动蛋白分子消耗的每一个ATP分子，它都能够在细胞内移动8纳米的化学物质。驱动蛋白在将化学能转化为机械能方面也有50%的效率，能够产生比标准汽油发动机大15倍的功率。。

众所周知，肌球蛋白是最小的分子马达，但它对肌肉收缩至关重要，一种称为ATP合成酶的ATP形式也是一种分子马达，用于建立二磷酸腺苷（ADP），作为ATP储存能量。然而，到2011年为止发现的最引人注目的自然分子马达可能是驱动细菌运动的马达。细菌背部的毛发状突起称为鞭毛，通过螺旋桨驱动的运动旋转，如果将其放大到人类日常发动机的水平，其功率将是普通汽油发动机的45倍。。

发表于 2022-02-10 21:02
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分类：科学

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