Akademik

К биологическим моторам относят моторные белки: миозины, кинезины и динеины, которые обеспечивают сокращение мышц, движение немышечных клеток, деление клеток, эндоцитоз, экзоцитоз, а также процессы внутриклеточного транспорта органелл и маркомолекул. Перечисленные моторные белки принадлежат к т.н. линейным моторам, которые выполняют механическую работу, перемещаясь в одном направлении вдоль компонентов цитоскелета - микрофиламентов (миозины) или микротрубочек (кинезины и динеины; Рис. 1). В качестве топлива они используют аденозинтрифосфат (АТФ) – универсальный энергетический субстрат клетки. Компьютерную анимацию работы миозинового и кинезинового моторов можно увидеть по следующим адресам в Интернете: http://valelab.ucsf.edu/images/movies/mov-muscmyosinmotrev6.mov; http://valelab.ucsf.edu/images/movies/mov-procmotconvkinrev5.mov. Среди моторных белков есть представители, осуществляющие движение либо в прямом, либо в обратном направлении и развивающие различное усилие. Все моторные белки регулируются клеточными системами, осуществляющими их активацию, торможение и взаимодействие с перевозимыми грузами.

У бактерий существует ротационный мотор, напоминающий по своему устройству электродвигатель, т.н. жгутиковый моторный комплекс (Рис. 2). Он используется для вращения жгутиков и перемещения клеток в водной среде (компьютерная анимация доступна по адресу http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/namba/npn/movies/MotorReversal.mpeg). Еще один белковый комплекс, совершающий вращательные движения, т.н. F₁-F₀ АТФ-синтаза, есть у всех живых организмов (Рис. 3). В клетках животных и растений он встроен во внутреннюю мембрану митохондрий - энергетических станций клеток. Он использует электрохимический градиент протонов на митохондриальной мембране для синтеза АТФ. При этом 10-14 субъединиц белкового комплекса F_o вращается в плоскости мембраны как ротор в статоре, образованном другой субъединицей F_o. Мотор комплекса F_o приводит во вращение g-субъединицу комплекса F₁, которая при вращении изменяет конформацию других субъединиц F₁, что необходимо для синтеза АТФ.  (компьютерную анимацию этого процесса можно увидеть по адресу http://multimedia.mcb.harvard.edu/anim_ATPase3_flv.html). Этот мотор может работать и в обратном направлении – расщеплять АТФ (F1-АТФаза) и за счет полученной энергии создавать градиент протонов на мембране митохондрий. При этом активным мотором становится g-субъединица комплекса F₁, которая теперь вращается в обратном направлении и вращает ротор комплекса F_o. В такой конфигурации Fo становится протонным насосом. Установлено, что g-субъединица F₁ работает, как шаговый мотор, поворачиваясь за один шаг на 120^о.

Таблица 1.                                           Механические параметры биологических моторов