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UC Riverside Equipo de Estudios del Movimiento de máquinas moleculares

Published on September 14, 2010 at 1:45 AM

Las máquinas moleculares se pueden encontrar en toda la naturaleza, por ejemplo, el transporte de proteínas a través de las células y ayuda a metabolismo.

El desarrollo de máquinas moleculares artificiales, los científicos necesitan comprender las reglas que rigen la mecánica a escala molecular o nanométrica (un nanómetro es una mil millonésima de metro).

Esta imagen muestra una máquina molecular cuadrúpedos trote - cascos diagonalmente opuestas se mueven juntas. Los investigadores encontraron que esta forma de movimiento distorsionado la especie molecular demasiado para ser viable.

Para afrontar este reto, un equipo de investigación de la Universidad de California, Riverside estudiado una clase de máquinas moleculares que "caminar" a través de una superficie metálica plana. A su juicio, las dos máquinas bípedo que camina en dos "piernas" y los cuadrúpedos que caminan en cuatro.

"Hemos hecho una estructura como de caballo con cuatro 'cascos' para estudiar cómo la maquinaria molecular puede organizar el movimiento de varias partes", dijo Bartels Ludwig, profesor de química, cuyo laboratorio dirigió la investigación. "Hace un par de años atrás, descubrimos cómo podemos transportar las moléculas de dióxido de carbono a lo largo de una línea recta en una superficie utilizando una máquina molecular con dos" pies "que se mueve un paso por vez. Para la nueva investigación, hemos querido crear un especies que se pueden llevar más carga -. lo que significa que se necesita más las piernas, pero si una especie tiene más de dos piernas, ¿cómo va a organizar su movimiento "?

Bartels y sus colegas realizaron experimentos en el laboratorio y encontraron que las moléculas de cuadrúpedos utilizar un paso de estimulación - ambas piernas en un lado de la molécula se mueven juntos, seguido después por las dos piernas en el lado opuesto de la molécula. Las especies que crearon se trasladó de forma fiable a lo largo de una línea, que no gira hacia un lado o desviarse de su ruta. Los investigadores también simularon una. Trote de la especie, en el que los cascos diagonalmente opuestas se mueven juntas, y se encontró que esta forma de movimiento distorsionado la especie demasiado para ser viable

Una vez establecido cómo se mueve la molécula, los investigadores luego abordó una pregunta fundamental sobre la maquinaria molecular: ¿Tiene una molécula - o partes de ella - simplemente túnel a través de las barreras presentadas por la rugosidad que encuentra a lo largo de su trayectoria?

"Si lo hiciera, sería un cambio fundamental de la mecánica en el mundo macroscópico y en gran medida podría acelerar el movimiento", dijo Bartels. "Sería como conducir por una carretera llena de baches, con las ruedas de su coche pasando por los golpes en lugar de por encima de ellos. La mecánica cuántica se conoce a permitir tal comportamiento de partículas muy ligeras como los electrones y átomos de hidrógeno, pero también ser relevantes para las moléculas grandes? "

Bartels y sus colegas variado la temperatura en sus experimentos para proveer las máquinas moleculares con diferentes niveles de energía, y estudiar cómo la velocidad de las máquinas variadas como consecuencia de ello. Encontraron que una máquina con dos piernas puede usar un túnel para comprimir a través de la ondulación de la superficie. Sin embargo, una máquina con cuatro (o posiblemente más) las piernas no es capaz de emplear un túnel, mientras que una máquina pueda coordinar el movimiento de sus patas en el ritmo, no puede coordinar sus túneles, encontraron los investigadores.

"Por lo tanto, incluso en la menor escala, si usted quiere un transporte rápido de carga, usted necesita un vehículo bípedo ligera y ágil", dijo Bartels. "Los vehículos más grandes puede ser capaz de transportar más carga, sino porque no pueden usar túneles de manera eficaz, al final tener que moverse lentamente. ¿Es desalentador? En realidad no, porque la maquinaria molecular como un concepto está todavía en su infancia. De hecho, hay una ventaja a tener una molécula se mueven lentamente, ya que nos permite observar sus movimientos más de cerca y aprender a controlarlos. "

Los resultados del estudio apareció en línea la semana pasada en la revista de la American Chemical Society, y aparecerá impreso en un próximo número de la revista.

A continuación, los investigadores planean desarrollar máquinas moleculares cuyo movimiento puede ser controlado por la luz.

En la actualidad, las máquinas moleculares están siendo estudiados intensamente por sus funciones en la biología y de su valor terapéutico. Por ejemplo, los pacientes con ERGE (enfermedad por reflujo gastroesofágico) se prescriben inhibidores de la bomba de protones, que frenan la acción de bombeo de máquinas moleculares biológicas, lo que reduce los niveles de ácido en el estómago.

"En general, imagen de los científicos sobre el funcionamiento de tales mecanismos de biología molecular hace caso omiso de un túnel", dijo Bartels. "Nuestro estudio corrige esta percepción, lo que puede, a su vez, conducen a nuevas formas de controlar o corregir el comportamiento de máquinas moleculares biológicas."

Last Update: 5. October 2011 14:04

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