Que são máquinas moleculars?

Máquinas que não podem ser vistas

Determinadas moléculas biológicas podem mover-se em uma maneira “quase-mecânica”, e estes podem ser considerados para ser máquinas moleculars. Estes são vistos em muitos processos naturais, e deste, o híbrido biológico-sintético e as máquinas moleculars inteiramente sintéticas foram criados. Isto começou no final dos anos 60 em que uma máquina molecular chamada “roxatane” foi sintetizada.

kinesinCrédito de imagem: Kateryna Kon/Shutterstock.com

Máquinas moleculars biológicas

Uma classe de máquinas moleculars biológicas é motores biológicos; esta é uma molécula biológica capaz de converter a energia química no movimento e pode ser importante para as funções biológicas tais como a contracção do músculo, flagelos moventes das bactérias, e da hidrólise do ATP. Estes motores podem produzir (movimentos lineares (contracção do músculo, movimento dos flagelos) ou giratórios da hidrólise do ATP).

Os exemplos de máquinas moleculars biológicas incluem o myosin, o kinesin, o dynein, e os ribosomes.

  • O Myosin é uma proteína encontrada nos músculos, que seja responsável para fazer com que os músculos contratem.
  • Kinesin é uma proteína que os movimentos “carga” dentro da pilha.
  • Dynein é uma proteína que seja peça dos flagelos de pestanas motile e seja responsável para o movimento encontrado nestas proteínas.
  • Os Ribosomes são uma parte essencial de síntese da proteína, onde o mRNA é traduzido na corrente correspondente do polipeptídeo. Durante este processo, o mRNA é lido pela subunidade pequena, e a grande subunidade junta-se aos ácidos aminados correspondentes para formar a corrente do polipeptídeo.

Uma vantagem de máquinas moleculars biológicas é que são capazes de executar funções complexas. Contudo, sendo biológicos, não são extremamente estáveis. Com da compreensão de como as máquinas moleculars biológicas funcionam, espera-se que outro pode ser criado, que podem detectar e células cancerosas do alvo, ou curso dentro do corpo humano e para detectar problemas de saúde potenciais.

máquinas moleculars híbridas Biológico-sintéticas

Estas máquinas moleculars biológicas foram usadas como a base para as máquinas moleculars híbridas, que combinam características de máquinas moleculars biológicas ditas e de elementos sintéticos.

Em um estudo, um nanovalve que fosse atuado pela luz foi criado, consistindo em uma proteína do canal e em um spiropyran, que fosse o componente fotoquìmica activo. Esta máquina molecular híbrida foi usada para controlar o movimento dos solutes através de um bilayer do lipido. A luz UV muda o hydrophobicity da proteína do canal, que abre então o canal. A luz visível inverte este processo de modo que o canal se torne fechado.

Máquinas moleculars sintéticas

As máquinas moleculars inteiramente sintéticas foram projectadas também, com a vantagem adicional da estabilidade aumentada. Estas máquinas moleculars sintéticas podem amplamente ser divididas em sete tipos diferentes.

- Motores moleculars; estes giram em um sentido com uma entrada de energia. A energia pode ser clara ou química.

- Hélices moleculars; estes igualmente giram, mas movem o líquido ao redor como uma hélice. Estes são feitos geralmente de sete lâminas arranjadas em torno de um eixo.

- Interruptores moleculars; estas são as moléculas que podem existir em dois formulários ingualmente estáveis, variados por condições tais como o pH, a luz, a temperatura, e a corrente elétrica.

- Canelas moleculars; o rotaxane pertence a esta classe e é construído usando um macrocycle, através de que a peso-como a molécula é rosqueado. Esta máquina molecular pode shuttle íons de um lugar a outro pelo movimento do peso-como a molécula ao longo do macrocycle.

- Pinça molecular; estas são as moléculas que podem conter um objeto em uma cavidade entre seus dois braços. Isto é conseguido através das ligações de hidrogênio, da coordenação do metal, das forças hidrofóbicas, da camionete der Waals e das forças electrostáticas.

- Sensores moleculars; estas máquinas moleculars detectam um analyte particular e criam então um sinal que possa ser medido. Isto pode ser usado detectando íons e mudanças do metal no pH, por exemplo.

- “Porta de lógica molecular”; estas máquinas moleculars precisam um sinal de entrada, geralmente químico, e produzem subseqüentemente um sinal de saída. Por exemplo, um cromóforo que possa responder aos íons do cálcio mostra uma absorvência em 390nm, que está na escala de UV/visible. A adição de cálcio causa uma SHIFT na absorvência para o azul, que reduziu a absorvência. O hidrogênio, por outro lado, causa uma SHIFT para o vermelho, que então re-SHIFT a absorvência acima para 390nm.

Como estas máquinas moleculars são movidas?

As máquinas moleculars biológicas são movidas geralmente convertendo o produto químico, o thermal, ou a energia clara na energia cinética. Esta é freqüentemente a hidrólise do ATP.

Quando se trata das máquinas moleculars sintéticas, algumas considerações devem ser levadas em consideração; por exemplo, para criar um motor giratório, precisa de ter o movimento 360˚, de poder controlar o sentido e ter um abastecimento de energia. O desafio está controlando o movimento e o sentido em que a máquina molecular se move. Geralmente, o projecto assimétrico dá o melhor controle, e um tamanho maior não é associado necessariamente com o melhor desempenho. Estes rotores podem ser movidos pelo movimento Brownian, ou em uma maneira unidireccional ou não-direccional.

Estas máquinas sintéticas podem ser postas em várias maneiras, incluindo a decomposição de H2O2 e o uso de um metal inerte criar um inclinação O2.

Fontes

Richards, 2016) chemistryworld.com máquinas moleculars https://www.chemistryworld.com/features/molecular-machines/9457.article de V (

Hindi, 2017) máquinas moleculars de S.S.Z (: I. Uma vista geral de dispositivos biológicos e sintéticos de Angstromic. Nanoscience e pesquisa http://pubs.sciepub.com/nnr/4/3/3/index.html da nanotecnologia

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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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