محركات جزيئية

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

تمثل المحركات الجزيئية (بالإنجليزية: Molecular motor) آلاتٍ جزيئيةٍ (بالإنجليزية: molecular machine ) تعتبر العوامل الأساسية في حركة الكائنات الحية. حيث يمكن تعريف المحرك بصورةٍ عامةٍ على أنه جهازٍ يستهلك الطاقة في صورةٍ معينةٍ ويقوم بتحويلها إلى حركةٍ أو شغلٍ ميكانيكي (mechanical work)، فعلى سبيل المثال تستفيد العديد من المحركات الجزيئية القائمة على البروتينات من الطاقة الكيميائية الحرة المنبعثة من عملية حلمهة ثلاثي فوسفات الأدينوسين بهدف القيام بالشغل أو العمل الميكانيكي. [1] هذا وفي ضوء كفاءة الطاقة، فإن مثل تلك المحركات يمكن لها أن تفوق المحركات المصنعة المتوفرة حالياً. ويلاحظ وجود فرقٍ جوهريِ فيما بين المحركات الجزيئية والمحركات الماكروسكوبية يتمثل في أن تقوم بعملها في الحمام الحراري (Thermal bath (thermodynamics) )، وهو عبارة عن بيئةٍ ما تكون التموجات الحرارية (thermal fluctuation) جراء الضوضاء الحرارية (بالإنجليزية: fluctuation-dissipation theorem ) هامةً جداً.

الأمثلة[عدل]

ومن أمثلة المحركات الجزيئية الهامة حيوياً [2]:

  • المحركات الدوارة:
    • عملية تركيب FoF1-ATP يولد ثلاثي فوسفات الأدينوسين مستخدمةً البروتين الكهروكيميائي العابر للغشاء (transmembrane electrochemical proton) والمتدرج داخل ال المتقدرات. [3]
    • السوط البكتيري المسؤول عن سباحة وحركة الإشريكية القولونية البهلوانية حيث أن أنواعاً أخرى من البكتريا تتحرك كمروحةٍ جامدةٍ والتي يتم تحريكها بواسطة محركٍ دوارٍ. وهنا نلاحظ أن مثل ذلك المحرك يدفعه تيار البروتينات عبر الغشاء، أحياناً بواسطة استخدام آليةٍ مماثلةٍ لتلك التي تتواجد في محرك Fo في عملية تصنيع أو تشكيل فوسفات الأدينوسين.

اعتبارات نظرية[عدل]

نتيجة كون الأحداث محركة عشوائيةٍ، فغالباً ما يتم إعاداد نماذج المحركات الجزيئية مع معادلة فوكر- بلانك (Fokker-Planck equation) أو مع طريقة مونت كارلو. حيث تُعَدُ مثل تلك النماذج النظرية مفيدةً بصورةٍ خاصةٍ عندما يتم معاملة المحركات الجزيئية على أنها محرك البراونية.

ملاحظة تجريبية[عدل]

يلاحظ في مجال الفيزياء الحيوية التجريبية أن نشاط المحركات الجزيئية مع العديد من المنهجيات والمداخل التجريبية المختلفة، والتي من بينها:

  • الطرق الفلورية: نقل طاقة رنين الفلورسنت ( FRET (Förster resonance energy transfer))، مطيافية الارتباط الفلوري ( FCS (Fluorescence correlation spectroscopy)).
  • قد تكون الملاقيط المغناطيسية مفيدةً في تحليل المحركات التي تعمل على الأجزاء الطويلة من الحمض النووي (دنا).
  • يمكن استخدام مطيافية صدى سبين النيوترون (Neutron spin echo spectroscopy) لملاحظة الحركة المقاييس الزمنية نانوية الثانية.
  • تناسب الملاقيط البصرية (Optical tweezer) دراسة المحركات الجزيئية بسبب الثوابت النابضة المنخفضة.
  • يمكن استخدام الفيزيولوجيا الكهربائية أحادية الجزيء لقياس ديناميكية قنوات الأيون الفردي.

هذا ويمكن استخدام العديد من الأساليب الأخرى. فمع تطوير تقنياتٍ وطرقٍ جديدةٍ، يصبح من المتوقع أن معرفة المحركات الجزيئية طبيعية الحدوث سيكون مفيداً في إنشاء وتكوين محركاتٍ نانويةٍ اصطناعيةٍ.

الغير أحيائية[عدل]

شرع كلٌ من الكيميائيون وهؤلاء المشاركين في مجال تقانة الصغائر مؤخراً في استكشاف احتمالية إنتاج محركاتٍ جزيئيةٍ (دي نوفو) de novo. إلا أن تلك المحركات الجزيئية الاصطناعية تعاني حالياً من العديد من أوجه القصور التي تحجم من استخدامها في معامل الأبحاث. على الرغم من ذلك، فالعديد من مثل تلك العيوب يمكن التغلب عليها بسبب فهمنا للكيمياء والفيزياء في مجال الزيادات النانوية. ولنا أن نلاحظ أن أنظمةً كسيارات النانو، والتي لا تُعَدُ محركاتٍ من الناحية الفنية، تعتبر أمثلةً توضيحيةً للجهود الحالية صوب تصنيع محركاتٍ نانويةٍ اصطناعيةٍ.

انظر أيضاً[عدل]


المصادر[عدل]

  1. ^ Bustamante C, Chemla YR, Forde NR, Izhaky D (2004). "Mechanical processes in biochemistry". Annu. Rev. Biochem. 73: 705–48. doi:10.1146/annurev.biochem.72.121801.161542. PMID 15189157. 
  2. ^ Nelson، P.؛ M. Radosavljevic, S. Bromberg (2004). Biological physics. Freeman. 
  3. ^ Tsunoda SP, Aggeler R, Yoshida M, Capaldi RA (January 2001). "Rotation of the c subunit oligomer in fully functional F1Fo ATP synthase". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (3): 898–902. doi:10.1073/pnas.031564198. PMC 14681. PMID 11158567. 
  4. ^ Dworkin J, Losick R (October 2002). "Does RNA polymerase help drive chromosome segregation in bacteria?". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (22): 14089–94. doi:10.1073/pnas.182539899. PMC 137841. PMID 12384568. 
  5. ^ I. Hubscher, U.; Maga, G.; Spadari, S. (2002). "Eukaryotic DNA polymerases". Annual Review of Biochemistry 71: 133–63 Extra |pages= or |at= (help). doi:10.1146/annurev.biochem.71.090501.150041. PMID 12045093. 
  6. ^ Smith DE, Tans SJ, Smith SB, Grimes S, Anderson DL, Bustamante C (October 2001). "The bacteriophage straight phi29 portal motor can package DNA against a large internal force". Nature 413 (6857): 748–52. doi:10.1038/35099581. PMID 11607035. 
  7. ^ Peterson C (1994). "The SMC family: novel motor proteins for chromosome condensation?". Cell 79 (3): 389–92. doi:10.1016/0092-8674(94)90247-X. PMID 7954805. 
  8. ^ Robert Sanders, Molecular motor powerful enough to pack DNA into viruses at greater than champagne pressures, researchers report, Press release, University of California

وصلات خارجية[عدل]

  • Cymobase - قاعدة بيانات لمعلومات بروتين المحرك أو البروتينالهيكليالخلوي