Motoare

1
Motoare moleculare
2
Miscarea celulelor si nano-biotehnologia -
sistemele biologice - sunt cele mai complexe
nanomasini - s-au facut descoperiri uluitoare
legate de miscarea la scala nano a sistemelor
biologice - combinarea dintre nanotehnologie si
miscarea celulelor permite construirea
nanogeneratorilor si nanomotoarelor - în prezent
biofizica este interfatata cu nanotehnologia De
exemplu ADN este o nanofabrica care se
autoasambleaza singura
3
Mecanisme fundamentale ale miscarii celulare 1.
Motoare moleculare (care functioneaza pe baza de
ATP) - se misca de-a lungul filamentelor de
actina si microtubulilor 2. Arcuri
supramoleculare - modificari configurationale
datorate atasarii ionilor 3. Roti dintate
supramoleculare - miscarea determinata de
cresterea prin polimerizare
4
Motoare moleculare - combustibilul (ATP)
genereaza miscarea ATP (adenosin trifosfat) este
continuta în toate tipurile de celule - liniile
de cale ferata - filamente de actina si
microtubuli - trenul - proteina motor - miozina,
dineina si kinezina
5
Contractia musculara miscarea miozinei (motorul)
pe actina (calea ferata) Motorul se misca în pasi
discreti de 5-10nm si genereaza o forta de 1-5pN
6
Calea ferata - Microfilamente de actina
7
Trenul - Miozina proteina motor pentru actina
Toate proteinele de miozina au 3 parti - cap,
care are picioruse (puncte de atasare la calea
ferata - actina) si loc pentru baterie (puncte de
atasare pentru ATP) - gât, regleaza functionarea
capului - coada, determina tipul de încarcatura
transportat
8
Trenul - Miozina proteina motor pentru actina
Toate proteinele de miozina au 3 parti - cap,
care are picioruse (puncte de atasare la calea
ferata - actina) si loc pentru baterie (puncte
de atasare pentru ATP) - gât, regleaza
functionarea capului - coada, determina tipul de
încarcatura transportat
9
Contractia musculara miscarea miozinei pe
actina - o crestere a ionului Ca2 determina
contractia musculara - în timpul contractiei
filamentele de miozina si actina aluneca unele
fata de altele
10
Miscarea flagelului (cozii) miscarea dyneinei si
kinezinei (motorul) pe microtubul (calea ferata)
11
Calea ferata - Microtubuli
Microtubuli sunt polimeri liniari dintr-o
proteina globulara tubulin Microtubulii sunt
caile ferate din interiorul celulelor. Pe ele se
transporta vezicule, granule, organele (de ex.
mitocondriile) si cromozomii vezicula - un
saculet în celula animala cu rol de stocare si
transport organela - o structura subcelulara
destinata unei functii specifice
12
Trenul - Dineina si kinezina proteine motor
pentru microtubuli
Microtubulii sunt cai ferate speciale. Trenurile
de un tip se pot deplasa într-un singur
sens -dineina se misca numai spre capatul
-kinezina se misca numai spre capatul -
kinezina
13
Experimente unimoleculare

• Experimentul de captura optica
• pentru studiul miscarii kinezinei

laser
sfera fluorescenta
kinezina
microtubul
14
Deplasarea kinezinei
15
Cili si flageli miscarea dineinei si kinezinei
pe microtubuli
16
Cilii sunt formati din 9 dubleti tubulari
(dubletul format din tubul A si B) dispusi în
jurul unei perechi centrale
Tubulii A si B sunt legati între ei prin poduri
de nexina (proteina indicata cu linii albastre si
rosii ) Tubulii A si B pot aluneca între ei prin
deplasarea dyneinei (sfere verzi)
17
Îndoirea cililor este determinata de alunecarea
microtubulilor prin deplasarea bratelor dyneinei
18
(No Transcript)
19
Daca nu ar exista podurile de nexina, tubulii ar
aluneca între ei pâna la capat si s-ar desprinde
din structura cililor
20
Arcuri supramoleculare
Vorticella
Contractia arcului este determinata de prezenta
ionului Ca2
Spermatozoidul limulusului
21
Roti dintate supramoleculare
Alungirea tentaculelor se face prin polimerizarea
actinei În fig.c când sunt adaugate blocurile
rosii, sina de cale ferata (filamentul de
actina) este trasa spre interiorul celulei de o
roata dintata La dezasamblare roata dintata
actioneaza în sens invers
22
F0F1-ATP-aza Motorul molecular cu ATP
23
De ce este atât de importanta F0F1-ATP-aza ? -
este cea mai abundenta proteina din
corp -sintetizeaza ATP-ul -combustibilul din corp
care pune în functiune practic toate procesele
metabolice si mecanice din corp -întelegerea
functionarii sale poate determina progrese în
domenii variate legate de sindromul
neurodegenerativ sau de nanotehnologie
24
ATP
Combustibilul -ATP este format din adenina,
riboza si un lant fosfatic. În repaus corpul
sintetizeaza zilnic o masa de ATP egala cu
jumatate din masa sa corporala.
25
Energia este produsa prin transformarea ATP în
ADP si determina rotirea F0F1-ATPazei. Reactia
inversa de transformare a ADP în ATP nu poate
avea loc în conditii normale, ci necesita un
catalizator, enzima numita F0F1-ATPaza. Reversibil
itatea si eficienta apropiata de 100 fac din
F0F1-ATPaza cel mai interesant motor molecular.
ADP
ATP
26
F0F1-ATPaza
Pt. determinarea structurii F0F1-ATPazei John
Walker, Paul Boyer, Jens Skou au primit premiul
Nobel pt. chimie în 1997.
27
Sinteza ATP este posibila numai prin rotirea
unitatii F1, care determina o schimbare
structurala ce catalizeaza sinteza. Unitatea F0
transforma forta motoare generata de fluxul de
protoni prin membrana într-o miscare rotatorie.
Excesul de protoni poate fi produs de
metabolizarea zaharurilor sau prin fotosinteza.
28
(No Transcript)
29
(No Transcript)
30
(No Transcript)
31

2?3 A treia sarcina fluctueaza termic si sare
din groapa de potential a sarcinii statorului
spre stânga, deoarece prima sarcina e respinsa de
bariera statorului. 4 A treia sarcina
primeste un ion de sodiu. 4?5 A patra sarcina e
atrasa de sarcina statorului, iar a treia sarcina
cu ionul de sodiu se misca spre stânga si trece
prin bariera de potential 5?6 A treia sarcina
elibereaza ionul de sodiu
32
(No Transcript)
33
(No Transcript)
34
ATP se datoreaza fluxului de protoni
produs de energia solara. Acesta e mecanismul
molecular al fotosintezei!
35
Energia luminii determina o modificare
configurationala a citocromului c2 care
elibereaza un electron
36
(No Transcript)
37
Lumina determina o modificare structurala a
rodopsinei. Energia unui foton permite trecerea
unei bariere energetice care desparte cele doua
structuri ale rodopsinei cis si trans.