Molekulārie motori ir proteīnu kopumi dzīvo organismu šūnu vidē, kas sarežģītu locīšanas un ķīmisko procesu rezultātā var veikt mehāniskas kustības dažādiem mērķiem, piemēram, lai transportētu materiālus vai elektriskos lādiņus šūnas citoplazmā vai replicētu DNS un citus savienojumus. . Molekulārie motora proteīni ir arī būtiski svarīgi muskuļu kontrakcijām un darbībām, piemēram, baktēriju kustībai, izmantojot dzenskrūves virzītu peldēšanas kustību. Lielākā daļa dabisko molekulāro motoru iegūst ķīmisko enerģiju kustībai no tā paša pamatprocesa, ko organismi izmanto, lai ražotu enerģiju dzīvības uzturēšanai — sadalot un sintezējot savienojumu adenozīna trifosfātu (ATP).
Lai gan pamatlīmenī molekulārie motori veic daudzas tās pašas funkcijas kā elektromehāniskie motori makroskopiskā cilvēka mērogā, tie darbojas daudz atšķirīgā vidē. Lielākā daļa molekulārās motoriskās aktivitātes notiek šķidrā vidē, ko virza termiskie spēki un ko tieši ietekmē blakus esošo molekulu nejaušā kustība, kas pazīstama kā Brauna kustība. Šī organiskā vide, kā arī olbaltumvielu locīšanas un ķīmisko reakciju sarežģītība, no kurām funkcionē molekulārais motors, ir padarījusi izpratni par to uzvedību tādu, kas prasījusi gadu desmitiem ilgus pētījumus.
Nanotehnoloģiju pētījumi atomu un molekulārā mērogā ir vērsti uz bioloģisko materiālu ņemšanu un molekulāro motoru ražošanu, kas līdzinās motoriem, ar kuriem pazīstama ikdienas inženierija. Spilgts piemērs tam bija dzinējs, ko 1999. gadā ASV Bostonas Masačūsetsas koledžas zinātnieku komanda uzbūvēja un kas sastāvēja no 78 atomiem, un tā uzbūve prasīja četrus gadus. Motoram bija rotējoša vārpsta, kurai vajadzēja vairākas stundas, lai veiktu vienu apgriezienu, un tas bija paredzēts griezties tikai vienā virzienā. Molekulārais motors balstījās uz ATP sintēzi kā enerģijas avotu un tika izmantots kā pētniecības platforma, lai izprastu ķīmiskās enerģijas pārejas pamatus mehāniskajā kustībā. Kopš tā laika Nīderlandes un Japānas zinātnieki ir pabeiguši līdzīgus pētījumus, izmantojot oglekli, lai ražotu sintētiskos molekulāros motorus, ko darbina gaismas un siltuma enerģija, un nesenie mēģinājumi no 2008. gada ir izstrādājuši metodi, lai izveidotu motoru, kas rada nepārtrauktu rotācijas griezes momentu.
Bioloģiski molekulārajiem motoriem ir daudzveidīgs funkciju un struktūru saraksts. Galvenos transporta motorus darbina proteīni miozīns, kinezīns un dinīns, un aktīns ir galvenais proteīns, kas sastopams muskuļu kontrakcijās, kas novērotas sugās, kas ir tik dažādas kā aļģes cilvēkiem. Pētījumi par šo proteīnu darbību kopš 2011. gada ir kļuvuši tik detalizēti, ka tagad ir zināms, ka katrai ATP molekulai, ko patērē 50 nanometrus gara kinezīna molekula, tā spēj pārvietot ķīmisko kravu 8 nanometru attālumā. šūna. Ir zināms arī, ka kinesīns ir par 50% efektīvs ķīmiskās enerģijas pārveidošanā mehāniskajā enerģijā un spēj saražot 15 reizes vairāk jaudas atbilstoši tā izmēram nekā standarta benzīna dzinējs.
Ir zināms, ka miozīns ir mazākais no molekulārajiem motoriem, tomēr tas ir būtisks muskuļu kontrakcijām, un ATP forma, ko sauc par ATP sintāzi, ir arī molekulārais motors, ko izmanto, lai izveidotu adenozīna difosfātu (ADP) enerģijas uzglabāšanai kā ATP. Tomēr, iespējams, visievērojamākais dabiskais molekulārais motors, kas atklāts 2011. gadā, ir tas, kas nodrošina baktēriju kustību. Matiem līdzīgs izvirzījums baktērijas aizmugurē, ko sauc par flagellum, griežas ar dzenskrūves kustību, kas, ja to mērogotu līdz cilvēka līmenim ikdienas motoros, būtu 45 reizes jaudīgāka nekā vidējais benzīna dzinējs.