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UC Riverside Equipe Movimento de Estudos de Máquinas Molecular

Published on September 14, 2010 at 1:45 AM

Máquinas moleculares podem ser encontrados em toda a natureza, por exemplo, o transporte de proteínas através de células e auxiliando o metabolismo.

Para desenvolver máquinas moleculares artificiais, os cientistas precisam entender as regras que regem a mecânica em escala molecular ou nanômetros (um nanômetro é um bilionésimo de metro).

Esta imagem mostra uma máquina molecular quadrupedal trote - cascos diagonalmente opostos se movem juntos. Os pesquisadores descobriram que essa forma de movimento distorcida da espécie molecular demais para ser viável.

Para enfrentar esse desafio, uma equipe de pesquisa da Universidade da Califórnia, Riverside estudou uma classe de máquinas moleculares que 'anda' sobre uma superfície de metal plana. Eles consideraram ambas as máquinas bípedes que andam em duas "pernas" e os quadrúpedes que andam sobre quatro.

"Fizemos uma estrutura cavalo-like com quatro" patas "para estudar como maquinaria molecular pode organizar o movimento de várias partes", disse Bartels Ludwig, professor de química, cujo laboratório liderou a pesquisa. "Um par de anos atrás, nós descobrimos como podemos transportar moléculas de dióxido de carbono ao longo de uma linha reta através de uma superfície usando uma máquina molecular com dois" pés "que se movia um passo de cada vez. Para a nova pesquisa, quisemos criar um espécies que podem transportar mais carga -. o que significa que seria necessário pernas mais Mas se uma espécie tem mais de duas pernas, como é que vai organizar o seu movimento "?

Bartels e colaboradores realizaram experimentos em laboratório e descobriu que as moléculas de usar uma marcha quadrúpede pacing - ambas as pernas de um lado da molécula se movem juntos, seguido pelo seguinte as duas pernas do lado oposto da molécula. As espécies que eles criaram mudou de forma confiável ao longo de uma linha, não girando para o lado ou na frente é claro. Os pesquisadores também simulou um. Trote da espécie, em que os cascos diagonalmente opostos se movem juntos, e descobriram que essa forma de movimento da espécie distorcida demais para ser viável

Tendo estabelecido como os movimentos de molécula, os investigadores em seguida dirigiu uma pergunta fundamental sobre maquinaria molecular: Será que uma molécula - ou partes dele - basta túnel através de barreiras apresentadas pela aspereza que ele encontra ao longo de seu caminho?

"Se assim fosse, esta seria uma partida fundamental da mecânica no mundo macroscópico e iria acelerar bastante movimento", disse Bartels. "Seria como dirigir em uma estrada esburacada com as rodas do seu carro a atravessar os solavancos, em vez de sobre elas. Quantum-mecânica é conhecida por permitir que tal comportamento de partículas muito leves, como elétrons e átomos de hidrogênio, mas também ser relevantes para moléculas grandes? "

Bartels e colegas variadas a temperatura em seus experimentos para fornecer as máquinas moleculares com diferentes níveis de energia, e estudaram como a velocidade das máquinas variadas como uma conseqüência. Eles descobriram que uma máquina com duas pernas pode usar túneis para zip através da corrugação da superfície. Mas uma máquina com quatro (ou potencialmente mais) as pernas não é capaz de empregar de tunelamento, enquanto tal máquina pode coordenar o movimento de suas patas na estimulação, não podem coordenar suas tunelamento, os pesquisadores descobriram.

"Assim, mesmo em menor escala, se você quer um transporte rápido de carga, você precisa de um veículo leve e ágil bípedes", disse Bartels. "Os veículos maiores podem ser capazes de transportar mais carga, mas porque eles não podem usar túneis de forma eficaz, eles acabam tendo que se movem lentamente. É este desencorajar? Não realmente, porque maquinaria molecular como um conceito ainda está em sua infância. De fato, há uma vantagem de ter uma molécula se movem lentamente, porque nos permite observar os seus movimentos mais de perto e aprender a controlá-los. "

Os resultados do estudo apareceu online na semana passada no Journal of the American Chemical Society, e será exibido em versão impressa na próxima edição da revista.

Em seguida, os pesquisadores planejam desenvolver máquinas moleculares cujo movimento pode ser controlado pela luz.

Atualmente, as máquinas moleculares estão sendo estudados intensamente para as suas funções em biologia e pelo seu valor terapêutico. Por exemplo, pacientes com DRGE (doença do refluxo gastroesofágico) são prescritos inibidores da bomba de protões, que retardam a ação de bombeamento de máquinas moleculares biológicas, reduzindo assim os níveis de ácido do estômago.

"Geralmente, a imagem dos cientistas sobre o funcionamento de máquinas biológicas, tais molecular ignora totalmente tunneling", disse Bartels. "Nosso estudo corrige essa percepção, o que pode, por sua vez, levar a novas formas de controlar ou corrigir o comportamento de máquinas biológicas molecular."

Máquinas moleculares artificiais são de interesse para a indústria microeletrônica na sua busca de menores e menores elementos ativos em computadores e para armazenamento de dados. Máquinas moleculares artificiais potencialmente também pode operar no interior das células como os seus homólogos biológicos, beneficiando grandemente medicina.

Laboratório Bartels é usado seguintes moléculas em estudo: antraquinona e pentaquinone (tanto bípedes) e pentacenetetrone e dimetil pentacenetetrone (ambos quadrupedal).

Fonte: http://www.ucr.edu/

Last Update: 5. October 2011 14:04

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