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Quelles sont les machines moléculaires ?

Machines qui ne peuvent pas être vues

Certaines molécules biologiques peuvent déménager d'une voie « quasi-mécanique », et ceux-ci peuvent être considérés les machines moléculaires. Ceux-ci sont vus dans beaucoup de procédés naturels, et de ceci, l'hybride biologique-synthétique et les machines moléculaires entièrement synthétiques ont été produits. Ceci a commencé vers la fin des années 1960 où un « roxatane » appelé de machine moléculaire a été synthétisé.

kinesinCrédit d'image : Kateryna Kon/Shutterstock.com

Machines moléculaires biologiques

Une classe des machines moléculaires biologiques est les moteurs biologiques ; c'est une molécule biologique capable de convertir l'énergie chimique en mouvement et peut être importante pour les rôles biologiques tels que la contraction musculaire, flagelles mobiles des bactéries, et de l'hydrolyse d'ATP. Ces moteurs peuvent produire des mouvements linéaires (contraction musculaire et mouvement de flagelles) ou rotatoires (d'hydrolyse d'ATP).

Les exemples des machines moléculaires biologiques comprennent la myosine, le kinesin, le dynein, et les ribosomes.

  • La myosine est une protéine trouvée dans des muscles, qui est responsable de faire contracter des muscles.
  • Kinesin est une protéine qui les mouvements « cargaison » dans la cellule.
  • Dynein est une protéine qui fait partie des flagelles des cils motiles et est responsable du mouvement trouvé en ces protéines.
  • Les ribosomes sont une part essentielle de synthèse des protéines, où l'ARNm est traduit en réseau correspondant de polypeptide. Pendant ce procédé, l'ARNm est affiché par la petite sous-unité, et la grande sous-unité joint les acides aminés correspondants pour former le réseau de polypeptide.

Un avantage des machines moléculaires biologiques est qu'ils sont capables de remplir des fonctionnements complexes. Cependant, étant biologiques, ils ne sont pas extrêmement stables. En comprenant comment les machines moléculaires biologiques fonctionnent, on l'espère que d'autres peuvent être produits, qui peut trouver et des cellules cancéreuses d'objectif, ou course au sein du corps humain et trouver des problèmes de santé potentiels.

machines moléculaires hybrides Biologique-synthétiques

Ces machines moléculaires biologiques ont été utilisées comme base pour les machines moléculaires hybrides, qui combinent des caractéristiques de lesdites machines moléculaires biologiques et d'éléments synthétiques.

Dans une étude, un nanovalve qui est actionné par la lumière a été produit, se composant d'une protéine de glissière et d'un spiropyran, qui est la composante photochimiquement active. Cette machine moléculaire hybride a été utilisée pour régler le mouvement des corps dissous en travers d'un bilayer de lipide. La lumière UV change le hydrophobicity de la protéine de glissière, qui ouvre alors la glissière. La lumière visible renverse ce procédé de sorte que la glissière devienne fermée.

Machines moléculaires synthétiques

Des machines moléculaires entièrement synthétiques ont été aussi bien conçues, avec l'avantage complémentaire de la stabilité accrue. Ces machines moléculaires synthétiques peuvent être grand divisées en sept types différents.

- Moteurs moléculaires ; ceux-ci tournent dans un sens avec une absorption d'énergie. L'énergie peut être légère ou chimique.

- Propulseurs moléculaires ; ceux-ci tournent également, mais déménagent le liquide autour comme un propulseur. Ceux-ci sont généralement faits de sept lames disposées autour d'un arbre.

- Commutations moléculaires ; ce sont des molécules qui peuvent exister sous deux formes également stables, diverses par des conditions telles que le pH, la lumière, la température, et le courant électrique.

- Navettes moléculaires ; le rotaxane appartient à ce type et est construit utilisant un macrocycle, par lequel une molécule comme une haltère est filetée. Cette machine moléculaire peut faire la navette des ions d'un emplacement à l'autre par le mouvement de la molécule comme une haltère le long du macrocycle.

- Brucelles moléculaires ; ce sont des molécules qui peuvent contenir un objectif dans une cavité entre ses deux armes. Ceci est réalisé par des liaisons hydrogènes, la coordination en métal, des forces hydrophobes, le van der Waals et des forces électrostatiques.

- Détecteurs moléculaires ; ces machines moléculaires détectent une analyte particulière et puis produisent un signe qui peut être mesuré. Ceci peut être employé pour trouver des ions et des changements en métal du pH, par exemple.

- « Porte logique moléculaire » ; ces machines moléculaires ont besoin d'un signe d'entrée, habituellement chimique, et produisent par la suite un signal de sortie. Par exemple, un chromophore qui peut répondre aux ions calcium montre une absorbance à 390nm, qui est dans la chaîne d'UV/visible. L'ajout du calcium entraîne une commande des vitesses dans l'absorbance vers le bleu, qui réduit l'absorbance. L'hydrogène, d'autre part, entraîne une commande des vitesses vers le rouge, qui alors re-commande des vitesses l'absorbance vers 390nm.

Comment ces machines moléculaires sont-elles déménagées ?

Des machines moléculaires biologiques sont habituellement déménagées en convertissant le produit chimique, la thermique, ou l'énergie de la lumière en énergie cinétique. C'est fréquemment l'hydrolyse de l'ATP.

Quand il s'agit de machines moléculaires synthétiques, quelques considérations doivent être tenues compte ; par exemple, pour produire un moteur rotatoire, elle doit avoir le mouvement 360˚, pouvoir régler le sens et avoir un approvisionnement énergétique. La remise en question règle le mouvement et le sens lesquels la machine moléculaire déménage. Habituellement, le modèle asymétrique donne un meilleur contrôle, et un plus de grande taille n'est pas forcément associé à un meilleur rendement. Ces rotors peuvent être déménagés par mouvement brownien, ou d'une voie unidirectionnelle ou non directionelle.

Ces machines synthétiques peuvent être actionnées dans voies variées, y compris la décomposition de H2O2 et l'utilisation d'un métal inerte de produire un gradient O2.

Sources

Richards, machines moléculaires www.chemistryworld.com/features/molecular-machines/9457.article de V (2016) chemistryworld.com

Hindi, 2017) machines moléculaires de S.S.Z (: I. Une synthèse des dispositifs biologiques et synthétiques d'Angstromic. Nanoscience et recherche en matière http://pubs.sciepub.com/nnr/4/3/3/index.html de nanotechnologie

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Last Updated: Jan 8, 2020

Dr. Maho Yokoyama

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Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama is a researcher and science writer. She was awarded her Ph.D. from the University of Bath, UK, following a thesis in the field of Microbiology, where she applied functional genomics to Staphylococcus aureus . During her doctoral studies, Maho collaborated with other academics on several papers and even published some of her own work in peer-reviewed scientific journals. She also presented her work at academic conferences around the world.

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