Исследователи специально сосредоточились на вращательном двигателе, получившем название V1, который функционирует как часть насоса, который перемещает ионы натрия через мембрану в рамках здоровых клеточных процессов. Они опубликовали свои результаты в онлайн-журнале Journal of Biological Chemistry. 13 и в печатном издании ноябрь.
8.
«Эффективность преобразования энергии вращающегося молекулярного двигателя намного выше, чем у двигателей, созданных человеком», – сказал Риота Иино, автор статьи и исследователь из Института молекулярных наук Национального института естественных наук и Департамента функциональной молекулярной науки в Школа физических наук при Аспирантуре перспективных исследований. "И преобразование энергии вращающимся молекулярным двигателем обратимо. Если мы полностью поймем механизм, это приведет к реализации высокоэффективных, созданных руками человека двигателей в будущем."
Чтобы понять механизм, исследователи использовали зонд с золотыми наночастицами для непосредственного наблюдения за отдельными молекулами, очищенными от бактерий – Enterococcus hirae, которые могут вызывать сепсис у людей. Изображая одну молекулу с таким высоким разрешением, исследователи могли наблюдать ее поведение во времени и определять, как двигатель вращается для разных секций, чтобы взаимодействовать с различными входными сигналами. Подобно скважинному насосу, который человек должен провернуть, чтобы заставить воду течь вверх против силы тяжести, наблюдаемый молекулярный насос должен потреблять некоторое количество энергии, чтобы генерировать больше энергии для переноса ионов против градиента бактериальной мембраны. Энергия, которую человек вкладывает в ручной насос, ограничена, но взаимодействие тяжелое по сравнению с количеством энергии, которое требуется для воды, чтобы течь вверх.
«Мы начали с работы, чтобы понять, как химическая энергия преобразуется в механическое вращение двигателя V1», – сказал Иино. «Мы обнаружили, что, хотя трехмерные структуры V1 и связанных с ним роторных двигателей схожи, их химические и механические механизмы связи сильно различаются, что позволяет предположить, что клеточные функции продиктовали эволюцию различных функциональных механизмов."
Благодаря этому исследованию, исследователи лучше понимают, как мотор V1 образует комплекс с другим роторным мотором, называемым Vo, чтобы активно перекачивать ионы натрия через клеточную мембрану.
Другими словами, двигательный комплекс использует химическую энергию клетки для механического вращения и преобразования энергии в электрохимический потенциал – так же, как человек использует энергию, полученную из пищи, для мускулов скважинного насоса, в результате чего генерируется энергия потока воды.
«Далее мы хотели бы понять, как именно работает механизм преобразования энергии моторного комплекса», – сказал Иино.
По словам Иино, электрические угри вырабатывают электрическую энергию из химической энергии с помощью механизма, аналогичного двигательному комплексу в этом исследовании.
«Если мы сможем полностью понять этот механизм, возможно, удастся разработать батарею, способную преобразовывать энергию в имплант в искусственном электрическом угре или даже в человеке», – сказал Иино.