आणविक मोटर

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राइबोसोम एक जैविक मशीन है जो प्रोटीन गतिकी का प्रयोग करती है

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।[1] 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

किनेसिन प्रोटीन गतिकी का प्रयोग करता है # वैश्विक लचीलापन: सूक्ष्मनलिका के साथ चलने के लिए नैनोस्कोपिक स्केल पर कई डोमेन।

जैविक रूप से महत्वपूर्ण आणविक मोटर के कुछ उदाहरण:[2]

  • 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।[3]
    • 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 ।
250 K पर एक नैनोपोर (बाहरी व्यास 6.7 एनएम) में तीन अणुओं से बना एक सिंथेटिक आणविक मोटर का आणविक गतिकी अनुकरण।[4]
  • न्यूक्लिक एसिड मोटर:
    • आरएनए पोलीमरेज़ एक डीएनए टेम्पलेट से आरएनए का ट्रांसक्रिप्ट करता है।[5]
    • डीएनए पोलीमरेज़ एकल-स्ट्रैंडेड डीएनए को युग्म-स्ट्रैंडेड डीएनए में बदल देता है।[6]
    • 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।[7]
    • 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।[8] 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। [1] 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।[9] 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।[10][11][12]
    • कैटालेस
    • यूरिया
    • एल्डोलेस
    • हेक्सोकाइनेज
    • फॉस्फोग्लुकोस आइसोमेरेज़
    • फॉस्फोफ्रक्टोकिनेज
    • ग्लूकोज ऑक्सीडेज

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।[13]

  • रसायनज्ञों द्वारा सिंथेटिक आणविक मोटरों का निर्माण किया गया है जो रोटेशन उत्पन्न करते हैं, संभवतः आघूर्ण बल उत्पन्न करते हैं।[14]


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।[15]

  • 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
  • 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
          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।

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:

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

Main article: सिंथेटिक आणविक मोटर

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।[16] 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।[17] 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।[18]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Bustamante C, Chemla YR, Forde NR, Izhaky D (2004). "जैव रसायन में यांत्रिक प्रक्रियाएं". Annual Review of Biochemistry. 73: 705–48. doi:10.1146/annurev.biochem.72.121801.161542. PMID 15189157. S2CID 28061339.
  2. ↑ Nelson P, Radosavljevic M, Bromberg S (2004). जैविक भौतिकी. Freeman.
  3. ↑ Tsunoda SP, Aggeler R, Yoshida M, Capaldi RA (January 2001). "पूरी तरह कार्यात्मक F1Fo ATP सिंथेज़ में c सबयूनिट ऑलिगोमर का रोटेशन". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (3): 898–902. Bibcode:2001PNAS...98..898T. doi:10.1073/pnas.031564198. PMC 14681. PMID 11158567.
  4. ↑ Palma CA, Björk J, Rao F, Kühne D, Klappenberger F, Barth JV (August 2014). "सुपरमॉलेक्यूलर रोटार में सामयिक गतिकी". Nano Letters. 14 (8): 4461–8. Bibcode:2014NanoL..14.4461P. doi:10.1021/nl5014162. PMID 25078022.
  5. ↑ Dworkin J, Losick R (October 2002). "क्या आरएनए पोलीमरेज़ बैक्टीरिया में क्रोमोसोम अलगाव को चलाने में मदद करता है?". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (22): 14089–94. Bibcode:2002PNAS...9914089D. doi:10.1073/pnas.182539899. PMC 137841. PMID 12384568.
  6. ↑ Hubscher U, Maga G, Spadari S (2002). "यूकेरियोटिक डीएनए पोलीमरेज़". Annual Review of Biochemistry. 71: 133–63. doi:10.1146/annurev.biochem.71.090501.150041. PMID 12045093. S2CID 26171993.
  7. ↑ Peterson CL (November 1994). "एसएमसी परिवार: गुणसूत्र संघनन के लिए उपन्यास मोटर प्रोटीन?". Cell. 79 (3): 389–92. doi:10.1016/0092-8674(94)90247-X. PMID 7954805. S2CID 28364947.
  8. ↑ Smith DE, Tans SJ, Smith SB, Grimes S, Anderson DL, Bustamante C (October 2001). "बैक्टीरियोफेज स्ट्रेट फी29 पोर्टल मोटर एक बड़े आंतरिक बल के खिलाफ डीएनए को पैकेज कर सकता है". Nature. 413 (6857): 748–52. Bibcode:2001Natur.413..748S. doi:10.1038/35099581. PMID 11607035. S2CID 4424168.
  9. ↑ Harvey SC (January 2015). "स्क्रंचवर्म परिकल्पना: ए-डीएनए और बी-डीएनए के बीच संक्रमण डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए बैक्टीरियोफेज में जीनोम पैकेजिंग के लिए प्रेरक शक्ति प्रदान करते हैं।". Journal of Structural Biology. 189 (1): 1–8. doi:10.1016/j.jsb.2014.11.012. PMC 4357361. PMID 25486612.
  10. ↑ Zhao X, Gentile K, Mohajerani F, Sen A (October 2018). "एंजाइमों के साथ पॉवरिंग मोशन". Accounts of Chemical Research. 51 (10): 2373–2381. doi:10.1021/acs.accounts.8b00286. PMID 30256612. S2CID 52845451.
  11. ↑ Ghosh S, Somasundar A, Sen A (2021-03-10). "सक्रिय पदार्थ के रूप में एंजाइम". Annual Review of Condensed Matter Physics (in English). 12 (1): 177–200. Bibcode:2021ARCMP..12..177G. doi:10.1146/annurev-conmatphys-061020-053036. S2CID 229411011.
  12. ↑ Zhang Y, Hess H (June 2019). "उत्प्रेरक रूप से सक्रिय एंजाइमों का संवर्धित प्रसार". ACS Central Science. 5 (6): 939–948. doi:10.1021/acscentsci.9b00228. PMC 6598160. PMID 31263753.
  13. ↑ Gentile, Kayla; Bhide, Ashlesha; Kauffman, Joshua; Ghosh, Subhadip; Maiti, Subhabrata; Adair, James; Lee, Tae-Hee; Sen, Ayusman (2021-09-22). "कटैलिसीस प्रासंगिक प्रजातियों द्वारा प्रेरित एंजाइम एकत्रीकरण और विखंडन". Physical Chemistry Chemical Physics (in English). 23 (36): 20709–20717. Bibcode:2021PCCP...2320709G. doi:10.1039/D1CP02966E. ISSN 1463-9084. PMID 34516596. S2CID 237507756.
  14. ↑ Kay, Euan R.; Leigh, David A.; Zerbetto, Francesco (January 2007). "सिंथेटिक आणविक मोटर्स और यांत्रिक मशीनें". Angewandte Chemie International Edition (in English). 46 (1–2): 72–191. doi:10.1002/anie.200504313. PMID 17133632.
  15. ↑ Lodish H, Berk A, Kaiser CA, Krieger M, Bretscher A, Ploegh H, Amon A, Martin KC (2014). आणविक कोशिका जीव विज्ञान (8th ed.). New York, NY: w.h.freeman, Macmillan Learning. ISBN 978-1-4641-8339-3.
  16. ↑ Dey KK, Pong FY, Breffke J, Pavlick R, Hatzakis E, Pacheco C, Sen A (January 2016). "एंग्स्ट्रॉम स्केल पर डायनेमिक कपलिंग". Angewandte Chemie. 55 (3): 1113–7. Bibcode:2016AngCh.128.1125D. doi:10.1002/ange.201509237. PMID 26636667.
  17. ↑ Guha R, Mohajerani F, Collins M, Ghosh S, Sen A, Velegol D (November 2017). "समाधान में पॉलिमर ग्रेडिएंट्स में आणविक रंगों का केमोटैक्सिस". Journal of the American Chemical Society (in English). 139 (44): 15588–15591. doi:10.1021/jacs.7b08783. PMID 29064685.
  18. ↑ Collins M, Mohajerani F, Ghosh S, Guha R, Lee TH, Butler PJ, et al. (August 2019). "असमान भीड़ परिवहन को बढ़ाती है". ACS Nano. 13 (8): 8946–8956. doi:10.1021/acsnano.9b02811. PMID 31291087. S2CID 195879481.

बाहरी कड़ियाँ

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