Коллектив японских и американских ученых создал несложную действующую модель, позволяющую лучше понять принцип работы биологических наномоторов, сообщают исследователи в препринте своей статьи (ведущий автор - Анатолий Смирнов), выложенном на arXiv.org.
Биологическими наномоторами называют уникальные микроскопические двигатели, созданные природой: АТРсинтазу и флагеллярный мотор бактерий, позволяющий жгутиковым бактериям самостоятельно передвигаться в пространстве.
Кончик жгутика вращается за счет электростатического взаимодействия между его подвижным основанием диаметром около 50 нанометров (ротор) и неподвижно закрепленным в клеточной мембране комплексом (статор). По некоторым данным ротор может совершать до 1700 оборотов в секунду. Вращение его обеспечивается трансмембранным градиентом (перепадом концентраций) положительных ионов - Na+ и, главным образом, H+ (то есть просто протонов). АТРсинтаза устроена похожим образом.
Модель, созданная исследователями, представляет собой вращающее кольцо (ротор) с тремя "протоноприемниками" - точками, к которым могут присоединяться протоны. В присутствии постоянного электрического поля градиент протонов приводит к тому, что модель начинает вращаться.
По мнению исследователей, модель и теоретическое ее описание, в отличие от предыдущих работ, посвященных наномоторам, удовлетворительно объясняют, как флагеллярному мотору бактерий удается достичь исключительно высоких показателей: вращающий момент 2700-4600 пиконьютонов на нанометр, коэффициент полезного действия - около 90 процентов. Модель также показывает, как флагеллярный мотор может быстро менять направление вращения, что до сих пор оставалось непонятным.