Biyolojik motorlar (motor proteinler, moleküler motorlar), hücre
hareketleri, hücreiçi taşıma ve diğer biyolojik prosesler için mekanik kuvvet
üreten motor proteinler ve protein komplekslerdir.
Biyolojik motorlar motor proteinlerdir; kas kasılmaları, hücre hareketliliği
ve bölünmesi, endositoz, egzositoz ve organellerin ve makromoleküllerin hücre
içi taşınmasını sağlayan miyozinler, kinesinler ve dineinler gibi. Bahsedilen motor proteinler doğrusal
motorlar olarak adlandırılır; bunlar, hücre iskeleti bileşenleri boyunca bir
yönde hareket ederek mekanik işlevleri yerine getirirler (mikrofilamentler
‘miyozinler’ veya mikrotübüller ‘kinesinler ve dineinler’)
Lineer motorlar enerji için adenozin trifosfat (ATP) kullanır. Doğrudan veya ters hareket eden motor
proteinleri genellikle farklı kuvvetler üretir. Tüm motor proteinler hücresel
sistemler tarafından kontrol edilir (bu tür proteinleri aktive ve inhibe eder,
ve etkileşimlerini destekler).
Bakteriler,
elektrik motorunu andıran, flagellar motor kompleksi denilen döner döner bir
motora sahiptir. Bu sistem flagellae'yi döndürür ve sıvıda hücre hareketliliğini
sağlar. Bir başka döner motor olan ATP sentaz, tüm canlı organizmalarda
bulunur. Hayvanların ve bitkilerin hücrelerinde, ATP sintaz, mitokondriyumun iç
membranında entegre edilmiştir (hücresel enerji santralleri). ATP'yi
sentezlemek için mitokondriyal membrandaki protonların elektrokimyasal
gradyanını kullanır. Bu motorun aktivitesi reversibildir (tersine
çevrilebilir), yani ATP'yi parçalayabilir ve enerjiyi mitokondriyal membranda
proton gradienti oluşturmak için kullanabilir.
Özel motor
proteinleri önemli mekanik kuvvetler üretir ve DNA boyunca hareket eder. Bir
DNA matrisinden nükleik asitleri sentezleyen DNA ve RNA polimerazları, DNA
iplikçiklerini çözen topoizomeraz, ayrıca bir viral genomun kapsid içine paketlenmesi
için protein ve RNA-protein sistemleri.
Tabloda bazı
biyolojik motorların mekanik parametreleri gösterilmiştir.
Biyolojik motorlar
nanometre boyutlarına sahiptir ve insanlar tarafından oluşturulan makromotorlardan
çok daha etkilidir. Ekolojik olarak güvenli ve biyolojik olarak uyumludur.
Biyolojik motorlar, uygun genler tarafından kodlanan proteinler olduğundan,
genetik mühendisliği kullanılarak gerekli özelliklere sahip olacak şekilde
sentezlenebilir ve tasarlanabilirler. Biyomoleküler motorlar, nanoteknoloji
için caziptir, çünkü bugün gerçekte tek mevcut nanomotorlardır (yapay
nanomotorlar şu anda geliştirme aşamasındadır). Biyolojik motorların bir
dezavantajı, performansı için gereken özel ortamdır, yani spesifik bir tuz
bileşimi olan sıvı ortam, sıcaklık ve pH'dır. Bu, kullanımları için önemli bir
sınırlandırmadır. Ancak bu gereklilikler, nanotıpta biyolojik motorların
kullanımını sınırlamaz, örneğin, ‘labs-on-a cip’ (teşhis laboratuvarları), gen ve
ilaç dağıtım sistemleri, biyonanoelektromekanik sistemler (bioNEMS) gibi,
gelişmeleri engellemez.
(a) Myosin II bipolar filamentin şematik diyagramı, (b) kinesinin
yapısı; konvensiyonal kinesin ağır zincirin N-uçunda motor alana (domain)
sahiptir
