Eschericia colin sähkörotaatiomoottori

Bakteerimoottorin mittoja

  • Solun pituus n. 2 µm
  • 500 solua = 1 mm
  • Siiman pituus n. 10 µm
  • Siiman läpimitta n. 15 nm
  • Moottoriakselin pituus n. 30 nm
  • 35 000 moottoria = 1 mm
  • Varustus: jopa 15 moottoria/solu tavallisesti 8 moottoria

Bakteerimoottorin teknisiä tietoja

  • Jännite 25 - 200 mV; lineaarinen välillä 25 - 125 mV
  • Energiankulutus n.1200 protonia/kierros 0,1% solun energiankäytöstä
  • Korkein kierrosluku 100 rpm
  • Vääntömomentti n. 3 x 10 -18 newtonia
  • Teho n.10 -16 W kun 20 rpm
  • Huippunopeus n. 25 /µm/sekunti
  • Vastaa auton nopeutta 180 km/h
  • Tuotantokustannukset 2% solun biosynteesi-kapasiteetista

Bakteerien täytyy ottaa ravinteita ympäristöstään voidakseen kasvaa. Solulle on edullista, jos se kykenee liikkumaan kohti ravintolähdettä. Bakteerit joutuvat myös tekemisiin myrkkyjen kaltaisten negatiivisten ympäristötekijöiden kanssa. Siksi kyky liikkua vaaran lähteestä poispäin on edullinen. Lukuisat bakteerit kykenevät liikkumaan aktiivisesti. Monilla niistä on tätä tarkoitusta varten rotaatiomoottori.

Kaikki moottorit tarvitsevat ohjausjärjestelmän. Tähän kuuluvat sensoriproteiinit, jotka voivat tunnistaa esimerkiksi sokerin kaltaisia ravintomolekyylejä solun ympäristöstä. On kyse bakteerien nenästä, signaalinvälitysproteiineista, jotka kuljettavat moottoriin siirtyvää signaalia ja kytkinproteiineista, joita tarvitaan moottorin suoraan ohjaukseen. Bakteerien maailmasta on löytynyt hyvin erilaisia moottorikonstruktioita.

Parhaiten geneettisellä tasolla on kuitenkin tutkittu E. colin moottoria. Nykyisin tiedetään, että se koostuu rakenneproteiinit (joista moottori rakentuu) mukaanlukien yli 40 eri proteiinista. Ohjausjärjestelmään (kemotaksis) tarvitaan noin 7 proteiinia. Näitä proteiineja ja niihin liittyviä säätelyelementtejä koodaaviin geeneihin kuuluu yli 60 000 emäsparia. Molekyylibiologisten tutkimusten avulla on pystytty rekonstruoimaan moottorin perusrakenne.

Bakteerimoottori koostuu viidestä toimivasta perusosasta. Siima (flagelli) vastaa laivan potkuria. Joustavan siiman pyöriminen synnyttää bakteerin työntövoiman. Siima rakentuu ennen kaikkea flagelliini nimisestä proteiinista. Tämä proteiini taas koostuu yli 400 aminohaposta. Aminohappoja vastaava geenisekvenssi tunnetaan. Siima liittyy kulmakappaleen avulla rotaatioakseliin, jonka laakeri pitää paikallaan solukaIvossa ja bakteerin seinässä. Geenit, jotka koodaavat akselin ja laakerin proteiineja tunnetaan myös. Rotaatioakseli ja sen kautta siima alkaa pyöriä vetoproteiinin avulla. Ei ole vielä varmaa miten se tarkalleen tapahtuu, vaikka vastaavan proteiinin geenisekvenssi tunnetaankin.

Varmaa on vain se, että moottoria pyörittää energia, jonka synnyttää solukalvon yli vaikuttava protonigradientti. Tämä protonigradientti synnyttää ulkopuolelle sytoplasmaan nähden positiivisen varauksen. Jännite-ero (= membraanipotentiaali) on noin 0,2 V. Kuvaannollisesti sanottuna bakteeri on 0,2 V paristo, joka pyörittää super-nano-sähkömoottoria.

Sean Pitmanin animaatioita ym. asiaa siimamoottorista (engl.)



Takaisin


14.8.03