Molekulární stroj

Technology

12 hours ago

Author

Molekulární stroj je termín používaný v molekulární biologii k popisu proteinů a proteinových komplexů, které mají schopnost pohybu, převádět energii nebo vykonávat mechanické práce na molekulární úrovni. Tito stroje jsou důležité pro různé biologické procesy, jako je například replikace DNA, syntéza proteinu, pohyb buněk nebo transport látek skrze membrány. Molekulární stroje jsou složeny z jednoho nebo více proteinových subunitů, které spolupracují a koordinují své pohyby. Tyto pohyby jsou umožněny mechanismy přenosu energie, jako je například hydrolýza ATP, změna konformace proteinů nebo interakce s membránou. Existuje mnoho různých typů molekulárních strojů, které jsou specifické pro dané biologické funkce. Například RNA polymeráza je stroj zodpovědný za přepis DNA na RNA, ribozom je stroj pro syntézu proteinu a ATP syntáza je stroj, který produkuje ATP. Studium molekulárních strojů umožňuje lépe porozumět fungování buněk a biologických procesů. Využívání těchto znalostí má potenciál pro vývoj nových léčiv a technologií, které by mohly například pomoci v boji proti nemocem nebo vytvářet efektivnější způsoby generování energie.

Molekulární stroj nebo nanostroj je nanotechnologie, jejímž principem je vytváření miniaturních strojů ve formě mechanicky spojených molekul (na rozdíl od typického spojení chemickou vazbou). Tyto stroje o velikosti jednotek nanometrů jsou pak poháněny světlem nebo jinými zdroji energie (elektřinou, rentgenovým nebo ultrafialovým zářením).

Historie, podoba a využití

Již na počátku 80. let 20. +more století vytvořil Jean-Pierre Sauvage tzv. katenany, zřetězené dvojice molekul ve tvaru kruhu, vzájemně provlečené a spojené čistě mechanicky, nikoli pevnější kovalentní vazbou. Ačkoli první umělý molekulární stroj byl vytvořen již v roce 1991 (Fraser Stoddart vytvořil tzv. rotaxany, jakési otáčející se kroužky molekul, a na tomto principu pak postavil molekulární výtah, sval a miniaturní počítačový čip) a v roce 1999 Ben Feringa vyrobil první umělý molekulární motor, technologie se stále nachází v počáteční fázi vývoje. Dosud vyrobené umělé stroje mají podobu různých přepínačů, vah, pinzet, motorů, výtahů apod. ; v roce 2005 bylo vytvořeno dokonce „nanoautíčko“ z atomů uhlíku. Za vývoj molekulárních strojů obdržela trojice Sauvage, Stoddart a Feringa v roce 2016 Nobelovu cenu za chemii.

Kromě umělých strojů existují také biologické molekulární stroje, které lze běžně nalézt v přírodě a z nichž nejsložitější se nacházejí v buňkách ve formě proteinových komplexů - například různé molekulární motory (myosin, kinezin, dynein) nebo ATP syntáza. K dalším strojům tohoto typu patří DNA a RNA polymerázy, spliceozom nebo ribozom. +more Tyto stroje a jejich činnost jsou mnohem komplexnější než jakýkoli dosud vyrobený umělý molekulární stroj.

Uplatnění nanostrojů se očekává zejména v nanomedicíně. Typickou myšlenkou je využití nanorobotů při léčbě nádorů (přenosem léčiv přímo do nemocných buněk), toto řešení však přesahuje současné technologické možnosti.