आणविक मोटर

आणविक मोटर प्राकृतिक (जैविक) या कृत्रिम आणविक मशीनें हैं जो जीवित जीवों में गति के आवश्यक एजेंट हैं। सामान्य शब्दों में, एक यन्त्र एक उपकरण है जो ऊर्जा को एक रूप में व्यय करता है और इसे गति या यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करता है; उदाहरण के लिए, कई प्रोटीन-आधारित आणविक मोटर यांत्रिक कार्य करने के लिए एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट के हाइड्रोलिसिस द्वारा जारी रासायनिक गिब्स मुक्त ऊर्जा का प्रयोग करते हैं। ऊर्जा दक्षता के संदर्भ में, इस प्रकार की मोटर वर्तमान में उपलब्ध मानव निर्मित मोटरों से श्रेष्ठ हो सकती है। आणविक मोटर और मैक्रोस्कोपिक मोटर के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर यह है कि आणविक मोटर थर्मल बाथ (थर्मोडायनामिक्स) में काम करते हैं, एक ऐसा वातावरण जिसमें उतार-चढ़ाव अपव्यय प्रमेय के कारण थर्मल उतार-चढ़ाव महत्वपूर्ण होते हैं।

उदाहरण
जैविक रूप से महत्वपूर्ण आणविक मोटर के कुछ उदाहरण:
 * मोटर प्रोटीन
 * मायोसिन मांसपेशियों के संकुचन, इंट्रासेल्युलर कार्गो परिवहन और सेलुलर तनाव उत्पन्न करने के लिए उत्तरदायी हैं।
 * किनेसिन अग्रगामी परिवहन में, सूक्ष्मनलिकाओं के साथ नाभिक से दूर कोशिकाओं के अंदर कार्गो को ले जाता है।
 * डायनेन सिलिया और कशाभिका के अक्षतंतु को पीटता है और प्रतिगामी परिवहन में कोशिका नाभिक की ओर सूक्ष्मनलिकाएं के साथ कार्गो का परिवहन भी करता है।
 * पॉलिमराइजेशन मोटर
 * एक्टिन पोलीमराइजेशन बल उत्पन्न करता है और प्रणोदन के लिए प्रयोग किया जा सकता है। एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का प्रयोग किया जाता है।
 * गुआनोसिन ट्राइफॉस्फेट का प्रयोग करके माइक्रोट्यूब्यूल पोलीमराइज़ेशन बनाया जाता है।
 * डायनामिन प्लाज्मा झिल्ली से क्लैथ्रिन बड्स को अलग करने के लिए उत्तरदायी है। गुआनोसिन ट्राइफॉस्फेट का प्रयोग किया जाता है।
 * रोटरी मोटर:
 * प्रोटीन का FoF1-एटीपी सिंथेज़ परिवार एटीपी में रासायनिक ऊर्जा को एक झिल्ली या दूसरी तरफ एक प्रोटॉन ग्रेडिएंट की विद्युत रासायनिक संभावित ऊर्जा में परिवर्तित करता है। रासायनिक प्रतिक्रिया के कटैलिसीस और प्रोटॉन के संचलन को परिसर के कुछ भागों के यांत्रिक घुमाव के माध्यम से एक दूसरे से जोड़ा जाता है। यह माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट के साथ-साथ वी-एटीपीस में एटीपी संश्लेषण में सम्मिलित है।
 * एस्चेरिचिया कोलाई और अन्य जीवाणुओं के तैरने और लुढ़कने के लिए उत्तरदायी जीवाणु फ्लैगेलम एक कठोर प्रोपेलर के रूप में कार्य करता है जो एक रोटरी मोटर द्वारा संचालित होता है। यह मोटर एक झिल्ली के पार प्रोटॉन के प्रवाह से संचालित होती है, संभवत: एटीपी सिंथेज़ में Fo मोटर में पाए जाने वाले समान तंत्र का प्रयोग करते हुए ।


 * न्यूक्लिक एसिड मोटर:

वर्तमान के एक अध्ययन से यह भी पता चला है कि कुछ एंजाइम, जैसे हेक्सोकाइनेज और ग्लूकोज ऑक्सीडेज, कटैलिसीस के दौरान एकत्रित या विखंडित हो रहे हैं। इससे उनके हाइड्रोडायनामिक आकार में परिवर्तन होता है जो वर्धित प्रसार मापन को प्रभावित कर सकता है।
 * आरएनए पोलीमरेज़ एक डीएनए टेम्पलेट से आरएनए का ट्रांसक्रिप्ट करता है।
 * डीएनए पोलीमरेज़ एकल-स्ट्रैंडेड डीएनए को युग्म-स्ट्रैंडेड डीएनए में बदल देता है।
 * प्रतिलेखन या प्रतिकृति से पहले हेलीकाप्टर न्यूक्लिक एसिड के डबल स्ट्रैंड को अलग करते हैं। एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का प्रयोग किया जाता है।
 * तोपोइसोमेरसे सेल में डीएनए के सुपरकोलिंग को कम करते हैं। एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का प्रयोग किया जाता है।
 * क्रोमेटिन स्ट्रक्चर रीमॉडेलिंग (आरएससी) कॉम्प्लेक्स और SWI/SNF यूकेरियोटिक कोशिकाओं में क्रोमेटिन को फिर से तैयार करता है। एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का प्रयोग किया जाता है।
 * यूकेरियोटिक कोशिकाओं में डीएनए संघनन के लिए उत्तरदायी एसएमसी प्रोटीन होता है।
 * वायरल डीएनए पैकेजिंग मोटर वायरल जीनोमिक डीएनए को उनके प्रतिकृति चक्र के भाग के रूप में कैप्सिड्स में इंजेक्ट करते हैं, इसे बहुत कसकर पैक करते हैं। यह समझाने के लिए कई मॉडल सामने रखे गए हैं कि कैसे प्रोटीन डीएनए को कैप्सिड में चलाने के लिए आवश्यक बल उत्पन्न करता है; समीक्षा के लिए, देखें। एक वैकल्पिक प्रस्ताव यह है कि, अन्य सभी जैविक मोटरों के विपरीत, बल सीधे प्रोटीन द्वारा उत्पन्न नहीं होता है, अपितु डीएनए द्वारा ही उत्पन्न होता है। इस मॉडल में, एटीपी हाइड्रोलिसिस का प्रयोग प्रोटीन गठनात्मक परिवर्तनों को चलाने के लिए किया जाता है जो वैकल्पिक रूप से डीएनए को डीहाइड्रेट और रीहाइड्रेट करते हैं, चक्रीय रूप से इसे बी-डीएनए से ए-डीएनए तक ले जाते हैं और फिर से वापस आते हैं। ए-डीएनए बी-डीएनए से 23% छोटा है, और डीएनए सिकुड़ने/विस्तार चक्र को आगे की गति उत्पन्न करने के लिए प्रोटीन-डीएनए ग्रिप/रिलीज चक्र से जोड़ा जाता है जो डीएनए को कैप्सिड में ले जाता है।
 * एंजाइमेटिक मोटर: नीचे दिए गए एंजाइमों को उनके उत्प्रेरक सबस्ट्रेट्स की उपस्थिति में तेज़ी से फैलाने के लिए दिखाया गया है, जिसे बढ़ाया प्रसार कहा जाता है। उन्हें अपने सबस्ट्रेट्स के ढाल में दिशात्मक रूप से स्थानांतरित करने के लिए भी दिखाया गया है, जिसे केमोटैक्सिस कहा जाता है। प्रसार और केमोटैक्सिस के उनके तंत्र पर अभी भी वाद-विवाद हो रहा है। संभावित क्रियाविधियों में विलेय उत्प्लावकता, फोरेसिस या गठनात्मक परिवर्तन सम्मिलित हैं।
 * कैटालेस
 * यूरिया
 * एल्डोलेस
 * हेक्सोकाइनेज
 * फॉस्फोग्लुकोस आइसोमेरेज़
 * फॉस्फोफ्रक्टोकिनेज
 * ग्लूकोज ऑक्सीडेज


 * रसायनज्ञों द्वारा सिंथेटिक आणविक मोटरों का निर्माण किया गया है जो रोटेशन उत्पन्न करते हैं, संभवतः आघूर्ण बल उत्पन्न करते हैं।

organelle और पुटिका परिवहन
आणविक मोटर के दो प्रमुख परिवार हैं जो पूरे सेल में ऑर्गेनेल का परिवहन करते हैं। इन परिवारों में डायनेन परिवार और किन्सिन परिवार सम्मिलित हैं। दोनों की एक दूसरे से बहुत अलग संरचनाएं हैं और सेल के चारों ओर ऑर्गेनेल को स्थानांतरित करने के समान लक्ष्य को प्राप्त करने के विभिन्न तरीके हैं। ये दूरियां, चूंकि केवल कुछ माइक्रोमीटर, सूक्ष्मनलिकाएं का प्रयोग करके पूर्व नियोजित हैं। ये आणविक मोटर सूक्ष्मनलिकाएं का मार्ग अपनाते हैं। यह इस तथ्य के कारण सबसे अधिक संभावना है कि सूक्ष्मनलिकाएं सेंट्रोसोम से बाहर निकलती हैं और कोशिका के पूरे आयतन को घेर लेती हैं। यह बदले में पूरे सेल की एक रेल प्रणाली बनाता है और इसके ऑर्गेनेल तक जाने वाले रास्ते बनाता है।
 * काइन्सिन - ये आणविक मोटर हमेशा कोशिका के सकारात्मक छोर की ओर चलती हैं
 * एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट को एडेनोसाइन डाइफॉस्फेट में परिवर्तित करने की प्रक्रिया के दौरान एटीपी हाइड्रोलिसिस का प्रयोग करता है
 * इस प्रक्रिया में सम्मिलित हैं। ..
 * मोटर का पैर एटीपी का प्रयोग करके बांधता है, पैर एक कदम आगे बढ़ता है और फिर एडीपी बंद हो जाता है। यह तब तक दोहराता है जब तक कि गंतव्य तक नहीं पहुंच जाता
 * काइन्सिन परिवार में विभिन्न मोटर प्रकारों की भीड़ होती है
 * काइन्सिन-1 (पारंपरिक)
 * किनेसिन-2 (हेटेरोट्रिमेरिक)
 * किन्सिन-5 (द्विध्रुवीय)
 * किन्सिन-13
 * डायनेइन - ये आणविक मोटर हमेशा कोशिका के नकारात्मक सिरे की ओर चलती हैं
 * एटीपी को एडीपी में परिवर्तित करने की प्रक्रिया के दौरान एटीपी हाइड्रोलिसिस का प्रयोग करता है
 * काइन्सिन के विपरीत, डायनेन को एक अलग तरीके से संरचित किया जाता है जिसके लिए अलग-अलग आंदोलन विधियों की आवश्यकता होती है।
 * इन विधियों में से एक में पावर स्ट्रोक सम्मिलित है, जो मोटर प्रोटीन को सूक्ष्मनलिका के साथ उसके स्थान पर क्रॉल करने की अनुमति देता है।
 * डायनेन की संरचना में सम्मिलित हैं
 * एक तना युक्त
 * एक ऐसा क्षेत्र जो डाइनेक्टिन से जुड़ता है
 * इंटरमीडिएट/लाइट चेन जो डायनेक्टिन बॉन्डिंग क्षेत्र से जुड़ी होंगी
 * आगे
 * एक डंठल
 * एक डोमेन के साथ जो सूक्ष्मनलिका से जुड़ जाएगा

सैद्धांतिक विचार
क्योंकि मोटर घटनाएँ स्टोकेस्टिक हैं, आणविक मोटर को अधिकांश फोकर-प्लैंक समीकरण या मोंटे कार्लो विधियों के साथ तैयार किया जाता है। आणविक मोटर को ब्राउनियन मोटर के रूप में व्यवहार करते समय ये सैद्धांतिक मॉडल विशेष रूप से प्रयोगी होते हैं।

प्रायोगिक अवलोकन
प्रायोगिक जैवभौतिकी में, आणविक मोटर की गतिविधि को कई अलग-अलग प्रायोगिक दृष्टिकोणों के साथ देखा जाता है, उनमें से:


 * प्रतिदीप्त विधियां: प्रतिदीप्ति अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण (प्रतिदीप्ति अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण), प्रतिदीप्ति सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी (प्रतिदीप्ति सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी), कुल आंतरिक प्रतिबिंब प्रतिदीप्ति (कुल आंतरिक प्रतिबिंब प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप)।
 * डीएनए के लंबे टुकड़ों पर काम करने वाली मोटरों के विश्लेषण के लिए चुंबकीय चिमटी भी प्रयोगी हो सकती है।
 * न्यूट्रॉन स्पिन गूंज स्पेक्ट्रोस्कोपी का प्रयोग नैनोसेकंड टाइमस्केल्स पर गति का निरीक्षण करने के लिए किया जा सकता है।
 * ऑप्टिकल चिमटी (संदर्भ में आणविक चिमटी के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए) अपने कम वसंत स्थिरांक के कारण आणविक मोटर का अध्ययन करने के लिए उपयुक्त हैं।
 * स्कैटरिंग तकनीक: डार्क फील्ड माइक्रोस्कोपी या इंटरफेरोमेट्रिक स्कैटरिंग माइक्रोस्कोपी (आईएससीएटी) पर आधारित सिंगल पार्टिकल ट्रैकिंग
 * एकल-अणु इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी का प्रयोग व्यक्तिगत आयन चैनलों की गतिशीलता को मापने के लिए किया जा सकता है।

और भी कई तकनीकों का प्रयोग किया जाता है। जैसे-जैसे नई तकनीकों और तरीकों का विकास होता है, यह उम्मीद की जाती है कि स्वाभाविक रूप से होने वाली आणविक मोटरों का ज्ञान सिंथेटिक नैनोस्केल मोटर के निर्माण में सहायक होगा।

गैर-जैविक
हाल ही में, दवा की दुकानों और नैनो टेक्नोलॉजी में सम्मिलित लोगों ने आणविक मोटर डे नोवो बनाने की संभावना का पता लगाना शुरू कर दिया है। ये सिंथेटिक आणविक मोटर वर्तमान में कई सीमाओं से ग्रस्त हैं जो उनके प्रयोग को अनुसंधान प्रयोगशाला तक सीमित करती हैं। चूँकि, इनमें से कई सीमाएँ दूर हो सकती हैं क्योंकि नैनोस्केल पर रसायन विज्ञान और भौतिकी की हमारी समझ बढ़ जाती है। ग्रब के उत्प्रेरक प्रणाली में उत्प्रेरक प्रसार के अध्ययन के साथ नैनोस्केल गतिकी को समझने की दिशा में एक कदम उठाया गया था। अन्य प्रणालियाँ जैसे नानो कार, जबकि तकनीकी रूप से मोटर नहीं हैं, सिंथेटिक नैनोस्केल मोटर की दिशा में हाल के प्रयासों का उदाहरण हैं।

अन्य गैर-प्रतिक्रियाशील अणु भी मोटर के रूप में व्यवहार कर सकते हैं। यह डाई अणुओं का प्रयोग करके प्रदर्शित किया गया है जो अनुकूल हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन के माध्यम से बहुलक समाधान के ग्रेडियेंट में सीधे चलते हैं। हाल ही के एक अन्य अध्ययन से पता चला है कि डाई अणु, कठोर और नरम कोलाइडल कण अपवर्जित मात्रा प्रभावों के माध्यम से बहुलक समाधान के ढाल के माध्यम से स्थानांतरित करने में सक्षम हैं।

यह भी देखें

 * ब्राउनियन मोटर
 * ब्राउनियन शाफ़्ट
 * साइटोस्केलिटन
 * आणविक मशीनें
 * आणविक यांत्रिकी
 * आणविक प्रोपेलर
 * मोटर प्रोटीन
 * नैनोमोटर
 * प्रोटीन गतिकी
 * सिंथेटिक आणविक मोटर

बाहरी कड़ियाँ

 * MBInfo - Molecular Motor Activity
 * MBInfo - Cytoskeleton-dependent MBInfo - Intracellular Transport
 * Cymobase - A database for cytoskeletal and motor protein sequence information
 * Jonathan Howard (2001), Mechanics of motor proteins and the cytoskeleton. ISBN 9780878933334