Moleküler motor

Moleküler motorlar canlı organizmalarda hareketi sağlayan biyolojik moleküler makinalardır. Genel olarak, bir motor enerji kullanıp onu hareket veya mekanik işe dönüştürür. Örneğin, çoğu protein-temelli moleküler motor ATP'nin hizdrolizi ile açığa çıkan serbet enerjisini kullanıp onu mekanik işe dönüştürür.^[1] Enerjetik verimlilik açısından bu tür motorlar hâlen mevcut insan yapımı motorlardan üstündürler. Moleküler motorlarla makroskopik motorlar arasındaki önemli bir fark, moleküler motorların termal banyo içinde çalışmalarıdır, bu ortamda termal gürültüden kaynaklanan fluktuasyonlar önemli düzeydedir.

Örnekler

Biyolojik olarak önemli olan bazı motorlara örnekler aşağıda verilmiştir:^[2]

• Hücre iskelet motorları
  • Miyosin, kas kasılmasından sorumludur.
  • Kinesin, hücre içinde çekirdekten gelen kargoyu mikrotübüller üzerinde taşır.
  • Dinein, silya ve flagella'nın aksonemal biçinde atmasını sağlar, ayrıca mikrotübüller üzerinden kargonun çekirdeğe doğru taşınmasını sağlar.
• Polimerizasyon motorları
  • Aktin polimerizasyonu kuvvet üretir ve hareket için kullanılır. ATP kullanılır.
  • Mikrotübül polimerizasyonu GTP kullanır.
  • Dinamin, plazma zarından klatrin tomurcuklarının ayrılmasını sağlar.
• Dönel motorlar
  • F_oF₁-ATP sentaz, mitokondriler içindeki membran ötesi elektrokimyasal proton gradyanını kullanarak ATP üretir.^[3]
  • Bakteriyel flagellum, E. coli 'nin yüzmesi ve tökezlemesinden sorumludur. Diğer bakterilerde döner bir motor tarafından güç alan rijit bir pervane olarak çalışır. Bu motor, membran aşan bir proton akımı tarafından çalıştırılır, muhtemelen ATP sentazdaki F_o motorundakine benzer bir mekanizma ile.
• Nükleik asit motorları:
  • RNA polimeraz, bir DNA kalıbının RNA molekülü olarak yazılmasını sağlar.^[4]
  • DNA polimeraz tek iplikli bir DNA'yı iki iplikli DNA'ya dönüştürür.^[5][6]
  • Helikazlar transkripsiyon veya ikilenmeden önce nükleik asitlerin iki ipliğini birbirinden ayırırlar. ATP ile çalışırlar.
  • Topoizomerazlar hücre içindeki DNA'nın süperburgusunu azaltır. ATP ile çalışırlar.
  • Kromatin yapı şekillenme kompleksi (Chromatin Structure Remodeling (RSC) Complex; RSC) ve SWI/SNF kompleksleri ökaryotik hücrelerde kromatin'in yeniden şekillenmesini sağlar. ATP ile çalışırlar.
  • Ökaryotik hücrelerde kromozom yoğunlaşmasından sorumlu olan SMC proteini.^[7]
  • Virüslerdeki ikileşme döngüsünün parçası olarak viral paketleme motorları genomik DNA'yı kapsit içine enjekte edip onun sıkıca paketlenmesini sağlarlar.^[8]
• Sentetik moleküler motorlar kimyagerler tarafından yaratılmıştır, dönme hareketi yaparlar.

Teorik boyutlar

Moleküler olaylar stokastik (rassal) oldukları için, moleküler motorler çoğu zaman Fokker-Planck denklemi veya Monte Carlo yöntemleri ile modellenirler. Bu teorik modeller moleküler motorları Brown motorları olarak ele almalarıyla özellikle yararlıdırlar.

Deneysel gözlemler

Deneysel biyofizikte, moleküler motorların aktivitesi çeşitli deneysel yaklaşımlarla gözlemlenebilir. Bunlar arasında şunlar sayılabilir:

• Flüoresan yöntemler: Flüoresans resonans enerji transferi, flüoresans korrelasyon spektroskopisi
• Manyetik cımbızlar DNA üzerinde çalışan motorların analizinde kullanılabilir.
• Nötron spin yankı spektroskopisi nanosaniye zaman ölçeğindeki hareketleri gözlemlemek için kullanılabilir.
• Optik cımbızlar, düşük yay sabitleri nedeniyle moleküler motorları çalışmak için elverişlidir.
• Tek molekül elektrofizyolojisi ile tekil iyon kanallarının dinamikleri ölçülebilir.

Çeşitli başka teknikler daha vardır. Yeni teknolojiler ve yöntemler geliştirildikçe doğada bulunan moleküller motorlar hakkında bilgilerden yararlanılarak nano-ölçekli yapay motorların inçası mümkün olacaktır.

Ayrıca bakınız

• Brown motoru
• Brown mandalı (Brown ratchet)
• hücre iskeleti
• moleküler makina
• moleküler mekanik
• moleküler pervane
• motor protein
• nanomotor
• protein dinamiği
• sentetik moleküler motor

Kaynakça

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. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=14681. 
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. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=137841. 
5. I. Hubscher, U.; Maga, G.; Spadari, S. (2002). "Eukaryotic DNA polymerases". Annual Review of Biochemistry 71: 133. 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

Dış bağlantılar

• Cymobase hücre iskeleti ve motor protein dizi bilgileri için bir veritabanı