Ускорение химических реакций позволит увеличить скорость молекулярных моторов в десять раз

Новые принципы проектирования высокопроизводительных молекулярных моторов

Ученые из Института молекулярной науки и Университета Сокендай исследуют потенциал искусственных молекулярных моторов на основе цепочек ДНК и РНК. В настоящее время такие системы перемещаются со скоростью около 30 нанометров в секунду, что значительно уступает показателям работы естественных белковых моторов в живых организмах. Исследователи применили методы компьютерного моделирования для анализа кинетики этих систем, которые функционируют по принципу «расплавленного моста», где фермент постепенно разрушает соответствующие связки РНК.

В ходе исследования было обнаружено, что размер частиц практически не оказывает влияния на общую скорость их перемещения. Это объясняется спецификой механики: крупные частицы совершают более длинные шаги, но одновременно дольше задерживаются в паузах между ними. При этом размер играет определяющую роль в дистанции и направленности движения, так как крупные частицы способны преодолевать значительные расстояния благодаря наличию множества связей с поверхностью.

Ключевым фактором для качественного скачка в производительности является увеличение скорости химических реакций гибридизации и гидролиза. Ускорение этих процессов в 10 раз позволяет достичь скоростей свыше 200 нанометров в секунду. При этом именно малые частицы обладают наибольшим потенциалом для достижения скоростей, сопоставимых с природными системами. Полученные данные станут фундаментом для проектирования эффективных молекулярных машин в таких перспективных областях, как медицина и вычислительная техника.