À l'intérieur de presque toutes les cellules de votre corps, le minuscule F1 Le moteur fonctionne sans arrêt pour créer l'adénosine triphosphate (ATP), la source d'énergie universelle qui alimente presque toutes les actions que vous prenez – de la respiration à la course. Alors que les scientifiques ont compris la structure de cette machine moléculaire depuis des années, un mystère clé est resté: comment son partenaire, le F0 moteur, tourn1 avec une efficacité maximale?
L'ATP synthase est l'enzyme qui catalyse la formation d'ATP. Il se compose des deux f0 et f1 moteurs, qui sont verrouillés ensemble. Quand f0 tournures, il force l'arbre central à l'intérieur de F1 Pour tourner aussi. Cependant, les détails de la façon dont f0 Applique sa force n'était pas connue.
Pour aller au fond du mystère, une équipe internationale de chercheurs a isolé un seul F1 Moteur des bactéries de Bacillus et l'a forcé à tourner de deux manières différentes pour fabriquer l'ATP. Tout d'abord, ils ont appliqué une force constante et constante (couple constant). Deuxièmement, ils ont utilisé une technique appelée Angle Clamp, qui mesurait constamment la position du moteur et a instantanément ajusté la force pour le maintenir à tourner à une vitesse et un angle stables.
La comparaison des deux méthodes a révélé une forte différence de performance. La technique de la pince d'angle était la plus efficace car le mouvement continu et constant ont éliminé l'énergie gaspillée. L'approche de couple constante a gaspillé l'énergie car elle a permis au moteur de ressentir des vacillements et des secousses. L'équipe a validé ses résultats avec des simulations informatiques en fonction des modèles physiques du moteur.
« Nos expériences, combinées à la théorie et à la simulation, indiquent que la pince d'angle supprime considérablement la variation sans équilibre qui contribue à la dissipation futile du travail d'entrée », a écrit les scientifiques dans leur article publié dans Lettres d'examen physique.
Les résultats de l'étude sont plus qu'une simple question de curiosité de laboratoire. Étudier comment le f1 Les œuvres motrices pourraient éclairer la conception de nanomachines artificielles plus efficaces et de moteurs moléculaires. Cela signifie que les dispositifs microscopiques utilisés dans les applications de la médecine à la fabrication pourraient fonctionner avec moins d'énergie et être aussi efficaces que leurs homologues biologiques.
Mais il y a une prise importante pour la recherche. Le f1 Le moteur a été étudié en laboratoire (in vitro), pas à l'intérieur d'une cellule vivante (in vivo), il n'a donc pas capturé la complexité complète du système naturel où les moteurs interagissent avec d'autres composants. De plus, l'approche de la pince d'angle n'existe pas dans la nature; C'était un concept théorique. Néanmoins, cette étude fournit une forte compréhension de la physique derrière la gestion de l'énergie à cette petite échelle.
Écrit pour vous par notre auteur Paul Arnold, édité par Gaby Clark, et vérifié et révisé par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
