İçeriğe atla

Moleküler motor

Moleküler motor

Moleküler motorlar canlı organizmalarda hareketi sağlayan biyolojik moleküler makinalardır. Genel olarak, bir motor enerji kullanıp onu hareket veya mekanik işe dönüştürür. Örneğin, çoğu protein-temelli moleküler motor ATP'nin hizdrolizi ile açığa çıkan serbet enerjisini kullanıp onu mekanik işe dönüştürür.[1] Enerjetik verimlilik açısından bu tür motorlar hâlen mevcut insan yapımı motorlardan üstündürler. Moleküler motorlarla makroskopik motorlar arasındaki önemli bir fark, moleküler motorların termal banyo içinde çalışmalarıdır, bu ortamda termal gürültüden kaynaklanan fluktuasyonlar önemli düzeydedir.

Örnekler

Biyolojik olarak önemli olan bazı motorlara örnekler aşağıda verilmiştir:[2]

  • Hücre iskelet motorları
    • Miyosin, kas kasılmasından sorumludur.
    • Kinesin, hücre içinde çekirdekten gelen kargoyu mikrotübüller üzerinde taşır.
    • Dinein, silya ve flagella'nın aksonemal biçinde atmasını sağlar, ayrıca mikrotübüller üzerinden kargonun çekirdeğe doğru taşınmasını sağlar.
  • Polimerizasyon motorları
    • Aktin polimerizasyonu kuvvet üretir ve hareket için kullanılır. ATP kullanılır.
    • Mikrotübül polimerizasyonu GTP kullanır.
    • Dinamin, plazma zarından klatrin tomurcuklarının ayrılmasını sağlar.
  • Dönel motorlar
    • FoF1-ATP sentaz, mitokondriler içindeki membran ötesi elektrokimyasal proton gradyanını kullanarak ATP üretir.[3]
    • Bakteriyel flagellum, E. coli 'nin yüzmesi ve tökezlemesinden sorumludur. Diğer bakterilerde döner bir motor tarafından güç alan rijit bir pervane olarak çalışır. Bu motor, membran aşan bir proton akımı tarafından çalıştırılır, muhtemelen ATP sentazdaki Fo motorundakine benzer bir mekanizma ile.
  • Nükleik asit motorları:
    • RNA polimeraz, bir DNA kalıbının RNA molekülü olarak yazılmasını sağlar.[4]
    • DNA polimeraz tek iplikli bir DNA'yı iki iplikli DNA'ya dönüştürür.[5][6]
    • Helikazlar transkripsiyon veya ikilenmeden önce nükleik asitlerin iki ipliğini birbirinden ayırırlar. ATP ile çalışırlar.
    • Topoizomerazlar hücre içindeki DNA'nın süperburgusunu azaltır. ATP ile çalışırlar.
    • Kromatin yapı şekillenme kompleksi (Chromatin Structure Remodeling (RSC) Complex; RSC) ve SWI/SNF kompleksleri ökaryotik hücrelerde kromatin'in yeniden şekillenmesini sağlar. ATP ile çalışırlar.
    • Ökaryotik hücrelerde kromozom yoğunlaşmasından sorumlu olan SMC proteini.[7]
    • Virüslerdeki ikileşme döngüsünün parçası olarak viral paketleme motorları genomik DNA'yı kapsit içine enjekte edip onun sıkıca paketlenmesini sağlarlar.[8]
  • Sentetik moleküler motorlar kimyagerler tarafından yaratılmıştır, dönme hareketi yaparlar.

Teorik boyutlar

Moleküler olaylar stokastik (rassal) oldukları için, moleküler motorler çoğu zaman Fokker-Planck denklemi veya Monte Carlo yöntemleri ile modellenirler. Bu teorik modeller moleküler motorları Brown motorları olarak ele almalarıyla özellikle yararlıdırlar.

Deneysel gözlemler

Deneysel biyofizikte, moleküler motorların aktivitesi çeşitli deneysel yaklaşımlarla gözlemlenebilir. Bunlar arasında şunlar sayılabilir:

  • Flüoresan yöntemler: Flüoresans resonans enerji transferi, flüoresans korrelasyon spektroskopisi
  • Manyetik cımbızlar DNA üzerinde çalışan motorların analizinde kullanılabilir.
  • Nötron spin yankı spektroskopisi nanosaniye zaman ölçeğindeki hareketleri gözlemlemek için kullanılabilir.
  • Optik cımbızlar, düşük yay sabitleri nedeniyle moleküler motorları çalışmak için elverişlidir.
  • Tek molekül elektrofizyolojisi ile tekil iyon kanallarının dinamikleri ölçülebilir.

Çeşitli başka teknikler daha vardır. Yeni teknolojiler ve yöntemler geliştirildikçe doğada bulunan moleküller motorlar hakkında bilgilerden yararlanılarak nano-ölçekli yapay motorların inçası mümkün olacaktır.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ Bustamante C, Chemla YR, Forde NR, Izhaky D (2004). "Mechanical processes in biochemistry". Annu. Rev. Biochem. Cilt 73. ss. 705-48. doi:10.1146/annurev.biochem.72.121801.161542. PMID 15189157. 
  2. ^ Nelson, P. (2004). Biological physics. Freeman. 
  3. ^ Tsunoda SP, Aggeler R, Yoshida M, Capaldi RA (Ocak 2001). "Rotation of the c subunit oligomer in fully functional F1Fo ATP synthase". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (3). ss. 898-902. doi:10.1073/pnas.031564198. PMC 14681 $2. PMID 11158567. 
  4. ^ Dworkin J, Losick R (Ekim 2002). "Does RNA polymerase help drive chromosome segregation in bacteria?". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (22). ss. 14089-94. doi:10.1073/pnas.182539899. PMC 137841 $2. PMID 12384568. 
  5. ^ I. Hubscher, U.; Maga, G.; Spadari, S. (2002). "Eukaryotic DNA polymerases". Annual Review of Biochemistry. Cilt 71. s. 133–63. doi:10.1146/annurev.biochem.71.090501.150041. PMID 12045093. 
  6. ^ Smith DE, Tans SJ, Smith SB, Grimes S, Anderson DL, Bustamante C (Ekim 2001). "The bacteriophage straight phi29 portal motor can package DNA against a large internal force". Nature. 413 (6857). ss. 748-52. doi:10.1038/35099581. PMID 11607035. 
  7. ^ Peterson C (1994). "The SMC family: novel motor proteins for chromosome condensation?". Cell. 79 (3). ss. 389-92. doi:10.1016/0092-8674(94)90247-X. PMID 7954805. 
  8. ^ Robert Sanders, Molecular motor powerful enough to pack DNA into viruses at greater than champagne pressures, researchers report 1 Mayıs 2017 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., Press release, University of California

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">DNA</span> Canlıların genetik bilgilerini barındıran molekül

Deoksiriboz nükleik asit veya kısaca DNA, tüm organizmaların ve bazı virüslerin canlılık işlevleri ve biyolojik gelişmeleri için gerekli olan genetik talimatları taşıyan bir nükleik asittir. DNA'nın başlıca rolü bilgiyi uzun süre saklamasıdır. Protein ve RNA gibi hücrenin diğer bileşenlerinin inşası için gerekli olan bilgileri içermesinden dolayı DNA; bir kalıp, şablon veya reçeteye benzetilir. Bu genetik bilgileri içeren DNA parçaları gen olarak adlandırılır. Bazı DNA dizilerinin yapısal işlevleri vardır, diğerleri ise bu genetik bilginin ne şekilde kullanılacağının düzenlenmesine yararlar.

<span class="mw-page-title-main">RNA</span> nükleotitlerden oluşan polimer

Ribonükleik asid (RNA), bir nükleik asittir, nükleotitlerden oluşan bir polimerdir. Her nükleotit bir azotlu baz, bir riboz şeker ve bir fosfattan oluşur. RNA pek çok önemli biyolojik rol oynar, DNA'da taşınan genetik bilginin proteine çevirisi (translasyon) ile ilişkili çeşitli süreçlerde de yer alır. RNA tiplerinden olan mesajcı RNA, DNA'daki bilgiyi protein sentez yeri olan ribozomlara taşır, ribozomal RNA ribozomun en önemli kısımlarını oluşturur, taşıyıcı RNA ise protein sentezinde kullanılmak üzere kullanılacak aminoasitlerin taşınmasında gereklidir. Ayrıca çeşitli RNA tipleri genlerin ne derece aktif olduğunu düzenlemeye yarar.

<span class="mw-page-title-main">Ribozom</span> Tüm canlı hücrelerde bulunan zarsız organel.

Ribozom, tüm canlı hücrelerde bulunan karmaşık moleküler yapıya sahip ve protein oluşturma sürecinde hayati bir rol oynayan bir organeldir. Bu süreç, mRNA çevirisi olarak bilinen bir biyolojik mekanizma aracılığıyla gerçekleşir. Kısaca ribozomlar, haberci RNA (mRNA) molekülleri tarafından sağlanan talimatları takip ederek amino asitleri birbirine bağlar ve polipeptit adı verilen amino asit zincirlerini oluşturur.

<span class="mw-page-title-main">Guanozin trifosfat</span>

Guanozin-5'-trifosfat (GTP), bir pürin nükleozid trifosfattır. Transkripsiyon sırasında RNA bireşimi için gerekli yapı taşlarından birisidir. Bir guanin bazı, bir riboz şekeri ve üç fosfat grubundan meydana gelir. Guanin ribozun 1. karbonuna, trifosfat bölümü ise ribozun 5. karbonuna bağlıdır.

Moleküler biyolojide bir transkripsiyon faktörü genlerin transkripsiyonunu düzenlemek için DNA üzerinde belli bir diziye bağlanabilen bir proteindir. Bunlar diziye-özgün DNA bağlanma proteini olarak da adlandırılır. Transkripsiyon faktörleri tek başına veya bir komplekste yer alan başka proteinlerle beraber, RNA polimeraz tarafından bir genin transkripsiyonunu ya kolaylaştırırlar veya engeller.

Bir polimeraz, merkezî işlevi RNA ve DNA gibi nükleik asit polimerleri ile ilgili olan bir enzimdir. Bir polimerazın esas fonksiyonu, mevcut bir DNA veya RNA kalıbı kullanarak, ikileşme veya transkripsiyon süreci içinde, yeni bir DNA veya RNA'nın polimerizasyonudur. Bu enzimler, bir grup başka enzim veya protein eşliğinde, çözeltide bulunan nükleotitleri alırlar ve baz eşleşme etkileşimlerinden yararlanarak, bir polinükleotit iplikçiğin karşısında yeni bir polinükleotit iplikçiğinin sentezini katalizler.

<span class="mw-page-title-main">Nükleoit</span> Prokaryotik bir hücre içinde genetik materyal içeren bölge

Nükleoit veya nükleoid, prokaryotların genetik materyalinin bulunduğu, düzenli bir biçime sahip olmayan, hücre içi bölgeleridir.

<span class="mw-page-title-main">Hücre iskeleti</span> Hücrelerin iç iskeletini oluşturan ipliksi protein ağı

Hücre iskeleti, bakteriler haricinde tüm hücrelerin sitoplazmasında bulunan, hücre çekirdeğinden hücre zarına uzanan ve protein filamentlerinin birbirine bağlayan kompleks ve dinamik bir ağıdır. Farklı organizmaların hücre iskeleti sistemleri benzer proteinlerden oluşur. Ökaryotlarda hücre iskeleti matrisi, hücrenin gereksinimlerine bağlı olarak hızlı büyüme veya küçülme yeteneğine sahip üç ana proteinden oluşan dinamik bir yapıdır.

<span class="mw-page-title-main">Nükleaz</span>

Nükleaz, nükleik asitleri kısmen veya tamamen parçalayan bir enzim tipidir. Bu enzimler gerek sindirim sisteminde, gerek de hücre içinde, örneğin hata tamiri, gen regülasyonu, viral savunma gibi önemli işlevlerin gerçekleşmesinde rol oynarlar. Nükleazlar, tiplerine bağlı olarak, DNA ve RNA zincirlerini çeşitli biçimlerde kesebilirler. Gen mühendisliğinde farklı nükleazlar DNA moleküllerinin arzu edilen biçime sokulmasında, ayrıca DNA ve RNA moleküllerinin yapılarının anlaşılmasında birer araç olarak kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Helikaz</span> Enzim

Helikazlar tüm canlılar için hayatî önem taşıyan bir enzim sınıfıdır. Nükleik asitlerin fosfodiester omurgası üzerinde hareket ederek birbirlerine hidrojen bağlarıyla bağlanmış nükleik asit ipliklerini ayrıştırır. Bunun için ATP hidrolizinden açığa çıkan enerjiyi kullanır.

<span class="mw-page-title-main">Mikrofilament</span> Ökaryotik hücrelerin sitoplazmasındaki filament

Mikrofilamentler tüm ökaryotik hücrelerin sitoplazmasında bulunan hücre iskeletinin en ince filamentidir. Aktinin alt birimleri olan bu çizgisel polimerler esnek ve güçlüdür. Mikrofilamentler çok yönlüdür; hücre kasılmalarında, amipsi harekette ve hücre şeklindeki değişimlerde görev yapar. Tahminen miyozin 2 moleküler motorları tarafından gerçekleştirilen hücre motilitesi esnasında aktin filamentinin bir ucu belirli bir doğrultuda uzanırken diğer ucu kasılır. Ayrıca; miyozinlerin ATP bağımlı kas kasılmasında işlevi bulunan ince filamentlerde aktomiyozin güdümlü kontraktil moleküler motorların bir parçası olarak da görev yapar.

<span class="mw-page-title-main">T7 RNA polimeraz</span>

T7 RNA Polymeraz T7 bakteriyofaja ait bir RNA polimerazdır. Bu enzim, faj genlerindeki genetik bilginin mesajcı RNA molekülü şeklinde transkripsiyonunu katalizler.

Biyomoleküler yapı biyomoleküllerin yapısıdır. Bu moleküllerin yapısı genelde birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül yapı olarak ayrılır. Bu yapının iskeleti, molekül içinde birbirine hidrojen bağları ile bağlanmış ikincil yapı elemanları tarafından oluşturulur. Bunun sonucunda protein ve nükleik asit yapı bölgeleri oluşur.

Motor proteinler, uygun bir tabakanın yüzeyi boyunca hareket edebilen bir tür moleküler motordur. ATP'nin hidrolizi tarafından enerjilendirilirler ve kimyasal enerjiyi mekanik işe dönüştürürler.

<span class="mw-page-title-main">Phillip Allen Sharp</span> Amerikalı biyolog

Phillip Allen Sharp, Amerikan genetikçi ve moleküler biyolog. RNA bağlanmasının kaşiflerinden biridir. Richard J. Roberts ile birlikte ökaryot hücrelerinin DNA dizelerindeki genlerin bitişik sırada olmadığını, aralarda intron denilen okunmayan ve protein sentezine katılmayan bölümlerin olduğunu keşfettiler. Bu sayede mRNA'lar aynı DNA dizesinden bu bölümleri farklı şekilde silmeleri ile farklı proteinleri kodlayabilmektedir. İkili bu keşifleri ile 1993 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülünü kazanmışlardır.

<span class="mw-page-title-main">Aksonem</span>

Eksenel filament olarak da adlandırılan bir aksonem, bir siliyer veya kamçının çekirdeğini oluşturan mikrotübül bazlı hücre iskeleti yapısıdır. Kirpikler ve flagella, hareketlilik sağlamak için birçok hücre, organizma ve mikroorganizmada bulunmaktadır. Aksonem, bu organellerin "iskeleti" olarak hizmet eder, hem yapıya destek verir hem de bazı durumlarda bükülme yeteneği sağlamaktadır. Kirpikler ve flagella arasında işlev ve uzunluk ayrımları yapılabilse de, aksonemin iç yapısı her ikisinde de ortaktır.

Ökaryotik transkripsiyon, ökaryotik hücrelerin DNA'da depolanan genetik bilgiyi RNA replika birimlerine kopyalamak için kullandıkları ayrıntılı bir işlemdir. Gen transkripsiyonu hem ökaryotik hem de prokaryotik hücrelerde görülür. Tüm farklı RNA tiplerinin transkripsiyonunu başlatan prokaryotik RNA polimerazının aksine, ökaryotlardaki RNA polimerazlar, her biri farklı bir gen tipini kodlayan üç varyasyona sahiptir. Bir ökaryotik hücre, transkripsiyon ve translasyon işlemlerini ayıran bir çekirdeğe sahiptir. Ökaryotik transkripsiyon, DNA'nın nükleozomlara ve daha yüksek dereceli kromatin yapılarına paketlendiği çekirdeğin içinde meydana gelir. Ökaryotik genomun karmaşık oluşu, kompleks ve çok çeşitli bir gen anlatım kontrol mekanizmasının varlığını gerektirir.

<span class="mw-page-title-main">Kinetokor</span>

Kinetokor, iğ mikrotübüllerine bağlanan ve hücre bölünmesi sırasında uygun kromozom ayrımına aracılık eden sentromerik DNA üzerinde bir araya getirilmiş özel protein kompleksidir. Mitoz ve mayozda kromozomların hareketlerini kontrol eder, birleşme ve anafaz sırasında kardeş kromatitleri dinamik mikrotübüllere bağlayarak bunların ayrılmasını ve yavru hücrelere bölünmesini sağlar.

<span class="mw-page-title-main">Santral dogma (moleküler biyoloji)</span> Biyolojik bir sistem içindeki genetik bilgi akışının açıklanması

Moleküler biyolojinin santral (merkezi) dogması, biyolojik bir sistem içindeki genetik bilgi akışının bir açıklamasıdır. Orijinal anlamı bu olmasa da, genellikle "DNA RNA'yı, RNA proteini yapar" şeklinde ifade edilir İlk olarak 1957'de Francis Crick tarafından ifade edilmiş, 1958'de ise yayınlanmıştır.

Biyosentez, substratların canlı organizmalarda daha karmaşık ürünlere dönüştürüldüğü çok aşamalı, enzim katalizli bir süreçtir. Biyosentezde basit bileşikler modifiye edilir, diğer bileşiklere dönüştürülür veya makromoleküller oluşturmak üzere birleştirilir. Bu süreç genellikle metabolik yollardan oluşur. Bu biyosentetik yollardan bazıları tek bir hücresel organel içinde yer alırken diğerleri birden fazla hücresel organel içinde yer alan enzimleri içerir. Bu biyosentetik yolların örnekleri arasında çift katlı lipit katmanının bileşenlerinin ve nükleotidlerin üretimi yer alır. Biyosentez genellikle anabolizma ile eş anlamlıdır ve bazı durumlarda birbirinin yerine kullanılır.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.