Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je...

12
Seminar 1a – 1.letnik, II.stopnja Molekularni motor F 1 -ATPaza Rotacijski motor, ki lahko dela s skoraj 100% izkoristkom Avtor: Matej Mrak Mentor: Andreja Šarlah Ljubljana, marec 2014 Povzetek V telesih imamo izjemno učinkovite tako imenovane molekularne motorje, ki imajo tudi do skoraj 100% izkoristek (za pretvorbo kemične energije v mehansko). V tej seminarski nalogi bom predstavil encim, ki v odvisnosti od smeri vrtenja in z različno vrsto goriva bodisi sintetizira ali hidrolizira molekulo adenozin trifosfat.

Transcript of Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je...

Page 1: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

Seminar 1a – 1.letnik, II.stopnja

Molekularni motor F1-ATPazaRotacijski motor, ki lahko dela s skoraj 100% izkoristkom

Avtor: Matej Mrak

Mentor: Andreja Šarlah

Ljubljana, marec 2014

Povzetek

V telesih imamo izjemno učinkovite tako imenovane molekularne motorje, ki imajo tudi do skoraj 100% izkoristek (za pretvorbo kemične energije v mehansko). V tej seminarski nalogi bom predstavil encim, ki v odvisnosti od smeri vrtenja in z različno vrsto goriva bodisi sintetizira ali hidrolizira molekulo adenozin trifosfat.

Page 2: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

Kazalo vsebine1 Uvod..................................................................................................................................................32 Molekularni motorji...........................................................................................................................3

2.1 ATP - nujno potrebno gorivo......................................................................................................43 ATP sintaza........................................................................................................................................5

3.1 Zgradba......................................................................................................................................53.2 Delovanje...................................................................................................................................63.3 Poskus za določitev navora........................................................................................................83.4 Analogija z električnim motorjem.............................................................................................9

4 Zaključek.........................................................................................................................................10Literatura.............................................................................................................................................11

2

Page 3: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

1 Uvod

V tej seminarski nalogi bom predstavil rotacijski molekularni motor F1-ATPazo in njegovo visoko učinkovitost. Ta se približuje stotim odstotkom. Najprej bom opisal pogoste molekularne motorje, vir njihove energije za pogon in funkcije v telesu. Potem bom predstavil rotacijski motor ATP sintazo katere del je motor F1-ATPaza. Tega bom predstavil podrobneje. Opisal bom njegove mehanske lastnosti, predstavil zgradbo, nato samo delovanje. Pojasnil bom, kako pretvarja kemijsko energijo v mehansko. V osrednjem delu bom predstavil 100% učinkovitost tega motorja pri pretvorbi energije. Na koncu bom opisal vzporednice med motorjem ATP sintazo in električnim motorjem.

2 Molekularni motorji

Telo je sestavljeno iz celic, ki so premajhne, da bi bile vidne s prostim očesom. V vsaki celici je na stotine majhnih „naprav“, ki razgrajujejo hrano, gradijo nove beljakovine, krčijo mišice,... Upravljajo vse stvari, ki omogočajo telesu, da raste in dela [1]. Za mnoge od teh funkcij poskrbijo posebni proteini, ki jih imenujemo molekularni motorji. Splošno gledano je motor katerakoli naprava, ki prejema energijo v eni obliki in jo pretvarja v premikanje ali mehansko delo. Molekularni motorji so biološki molekularni stroji, ki so bistveni za premike v živih organizmih. Molekularni motorji pretvarjajo prosto energijo iz kemijskih vezi v mehanski premik motorja glede na „stezo“ znotraj celice. Gibanje je lahko linearno ali rotacijsko [2]. Biološki molekularni motorji so proteini, veliki do nekaj 10 nm. Na tej majhni velikostni skali delujejo motorji pri energijah primerljivih tremični energiji. Termične fluktuacije so tako bistven del mehanizma molekularnih motorjev. Za razliko od determinističnega gibanja makroskopskih motorjev je gibanje molekularnih motorjev stohastično. Molekularni motorji delujejo v področju nizkega Reynoldsovega števila, zanemarljive vztrajnosti in močnega vpliva Brownovega gibanja1. Njihovo gibanje opisujemo preko verjetnostne porazdelitve in povprečij. Njihova pot do najnižjega energijskega stanja poteka po naključnih korakih, katerih verjenost je odvisna od potenciala. Številni molekularni motorji pridobivajo energijo iz proste energije2, ki se sprošča pri hidrolizi molekule adenozin trifosfat (ATP). Energijska učinkovitosti teh motorjev se v nekaterih primerih približuje 100%, kar je precej več, kot je učinkovitost makroskopskih motorjev, ki jih izdeluje človek, to je, izkoristek električnih motorjev je 50-95%, bencinskih okoli 25%, dizelskih okoli 40% in plinskih okoli 37%.

Biološke molekularne motorje delimo na linearne in rotacijske. Pri linearnih motorjih poteka transport po celičnih „avtocestah“, to je po stezah aktina ali mikrotubulov3. Motorji tega tipa so miozin, kinezin in dinein, ki ima vsak še veliko število variacij, odgovornih za svojo specifično celično funkcijo. Vse tri poganja hidroliza ATP. Miozin je protein velikosti nekje 80 kDa4, premika se vzdolž nitk aktina, največja nasprotna sila, ki jo pri hoji uspe premagati, te je npr. za miozin V nekje 2-3 pN. Odgovoren je za krčenje mišic, znotrajcelični transport in celično tenzijo. Kinezin se,

1 Fizikalni pojav, kjer se v tekočino potopljeni drobni delci gibljejo naključno.2 Prosta entalpija, Gibbsova funkcija ali Gibbsova prosta energíja (oznaka G) je termodinamski potencial, definiran kot razlika med entalpijo H ter

zmnožkom temperature T in entropije S; G = H - TS. Prosta entalpija doseže minimum v ravnovesnem stanju v termodinamskih sistemih pri stalnem tlaku in stalni temperaturi.

3 Mikrotubuli so cevaste strukture premera 20-25 nm in dolžine 200 nm–25 µm, zgrajene iz tubulina in se nahajajo v citoplazmi evkariontske celice. So sestavina citoskeleta (notranjega celičnega ogrodja), delitvenega vretena, aksoneme, bičkov in migetalk ter centriola in bazalnega telesca. Odigrajo pomembno vlogo v različnih celičnih procesih, med drugim pri mitozi, citokinezi, prenašanju mešičkov po celici...

4 Enota atomske mase (okrajšava u) ali v čast angleškemu kemiku Johnu Daltonu tudi dalton (Da) je enota za maso, s katero izražamo atomske in molekulske mase. Opredeljena je kot 1⁄12 mase nevezanega atoma ogljika-12C v mirovanju in v osnovnem stanju. 1 u = 1g/NA ≈ 1.660538782(83) × 10−27 kg ≈ 931.494028(23) MeV/c2, NA je Avogadrovo število.

3

Page 4: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

tako kot dinein, premika po mikrotubulah, s koraki dolžine 8,5 nm. Za posamezni korak hidrolizira eno molekulo ATP. Sila za ustavitev premika je nekje 8 pN. Odgovoren je za transport znotraj celice stran od jedra po mikrotubulah. Dinein je največji od teh treh motorjev. Sestavljen je iz enega do treh proteinov, ki so vsak veliki cca. 520 kDa. Zaradi redkosti in kompleksne strukture je slabše raziskan kot sta miozin in kinezin. Poganja bitje bičkov in migetalk in služi za transport tovora po mikrotubulih proti celičnemu jedru.

Rotacijski molekularni motorji so vključeni v membrano in s pomočjo pretoka ionov ustvarjajo rotacijsko gibanje. Za sedaj sta znana dva tipa rotacijskih motorjev: bakterijski bičkov motor ter V- in F-tip ATPaza (ATP sintaza). Bakterijski bičkov motor je močan rotacijski motor. Za bakterijo Vibrio alginolyticus so izmerili, da pri 37°C proizvede navor do 4000 pN nm in hitrost vrtenja 1700 Hz. Premika se s pomočjo toka ionov preko citoplazemske membrane. Prosta energija enega pretočenega iona je približno 6 kBT, kjer je kB Boltzmannova konstanta, T pa temperatura.

ATP sintaza je encim velik okrog 530 kDa. Odgovoren je za regeneracijo ATP znotraj celic. Porablja tok ionov, tipično H+, iz elektrokemičnega gradienta. ATP sintaza sintetizira ATP iz ADP in anorganskega fosfata Pi. Sestavljena je iz F1 in F0 dela. V-ATPaza je sestavljena iz V1 in V0 dela. Je 900 kDa velik protein odgovoren za translokacijo protonov znotraj celične membrane [2, 3].

2.1 ATP - nujno potrebno gorivo

Za svoje delovanje vsi molekularni motorji potrebujejo energijo/gorivo. Dobijo jo bodisi iz hidrolize ATP ali iz pretoka ionov preko elektrokemijskega gradienta. Prosta energija, ki je pri tipičnih fizioloških pogojih na voljo iz hidrolize ATP (ATP→ADP+Pi), je približno 24 kBT. Prosta energija iz pretoka ionov skozi membrano znaša približno 6 kBT.

V celicah se energija, shranjena v ATP, porablja za izvedbo nujno potrebnih procesov. Primarna funkcija ATP ni toliko v tem, da shranjuje energijo, kot npr. baterijski kondenzator, ampak da jo prenese z ene lokacije na drugo. Energija iz ATP se porablja npr. tudi pri krčenju mišic. Ko je mišica v mirovanju oz. je sproščena, porablja le malo ATP. Ob mišični aktivnosti pa se poraba močno poveča. Količina ATP v mišičnih vlaknih zadošča le za kratek močan stisk, pri daljši obremenitvi pa se mora ATP sproti sintetizirati.

(1)

Prosta energija hidrolize ATP (enačba 1) ni konstantna, ampak je odvisna od koncentracij ATP, H2O, ADP, Pi. Bolj kot so koncentracije stran od ravnovesnih vrednostih, večja je prosta energija. Če bi bile koncentracije ATP in produktov v celici v ravnovesju, bi bila prosta energija enaka nič in iz hidrolize ATP ne bi mogli dobiti energije. V živih organizmih je vzdrževana močno povečana neravnovesna koncentracija ATP. Prosta energija hidrolize ene ATP je v celičnem okolju 20-24 kBT. Standardna prosta energija za ATP (koncetracije ATP, ADP in Pi so 1M) je ~ 12 kBT.

4

ΔG=ΔG0+k B Tln [ ADP ][Pi ]/ [ATP ]

Page 5: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

3 ATP sintaza

Sedaj pa si podrobneje poglejmo molekularni motor, ki se mu reče ATP sintaza in je glavna tema tega seminarja.

V skladu z IUBMB5 encimsko nomenklaturo se encim imenuje "ATP phosphohydrolase (H+-transporting)" (EC, 3.6.3.14). Ker ime „ATP synthase“ bolj jasno izraža primarno funkcijo encima, se še vedno uporablja krajši izraz. Včasih je bilo pogosto ime zanj H+-ATPaza, oziroma še bolj natančno F0F1 H+-ATPaza. Po odkritju več različnih protonskih črpalk na ATP pogon, se staro ime manj uporablja. F-tip ATPaze je samo drugo ime za ATP sintezo, črka F predstavlja fotoforilacijski faktor.

Je vseprisoten od bakterij do rastlin in živali. Najdemo jo v plazemskih, mitohondričnih notranjih (pri živalih) in v kloroplastnih tilakoidnih membranah [8]. ATP sintaza je reverzibilni molekularni motor [12]. Večinoma je njegova glavna funkcija ATP sinteza, v nekaterih bakterijah pa je primarna funkcija obrnjena in tako hidrolizirajo ATP [7]. In vitro F-tip ATPaza lahko obratuje v obeh smereh, v odvisnosti od eksperimentalnih pogojev [5,6].

3.1 Zgradba

Encim ATP sintaza se nahaja v membrani mitohondrijev, celičnih „elektrarn“. Po velikosti jepribližno 200.000 krat manjši od bucikine glave, to je ~ 10 nm. Z delovanjem in strukturo ATP sintaze se je v 60. in 70. letih ukvrajal P. Boyer, v 80. in 90. pa ke s pomočjo kristalografije njeno 3D strukturo potrdil J.E. Walker. Za svoje odkritje sta Boyer in Walker leta 1997 dobila Nobelovo nagrado [7].

ATP sintaza se deli na dve področji. F0 področje je integrirano v membrani, F1 področje pa je periferni del in „štrli“ v notranjost kar pojasni pomen še energa od poimenovanj, namreč F0F1-ATP sitanza (slika 1) [8,12].

5 International Union of Biochemistry and Molecular Biology.

5

Page 6: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

Slika 1: Prikaz zgradbe ATP sintaze [12].

F1 del je sestavljen iz dvojne vijačnice (γ podenota), ki je obkrožena s 6 enotami, izmenjajoči se α in β podenoti (slika 1). Mesta za pritrjevanje nukleotida so v razpoki med podenotami od katerih so samo tri katalitsko aktivne, ostale tri vežejo a ne hidrolizirajo ATP. Katalitska mesta so večinoma v β podenotah z nekaj, a pomembnimi mesti, v α podenotah. Katalitska mesta hidrolizirajo sekvenčno in poganjajo γ gred [9].

3.2 Delovanje

Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F 0

del poganja sintezo ATP na F1 delu, medtem ko hidroliza ATP na F1 delu poganja tok protonov skozi F0 del v nasprotni smeri. Da bi si predstavljali, kako telo ustvari ATP gorivo, si predstavljajmo, da smo v sobi z veliko ljudmi. Iz sobe vodijo vrtljiva vrata v sobo brez ene same osebe.

Slika 2: Shematski prikaz principa delovanja rotacijskega motorja [1].

6

Page 7: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

Kaj bi storili v tem primeru ? Verjetno bi potisnili vrata, da bi prišli v prostor z manj ljudmi (slika 2), prav tako bi verjetno storili ostali. Ko bi ljudje prehajali iz bolj naseljene sobe v drugo in pri tem vrteli vrtljiva vrata, bi jim s tem predajali energijo. Tok ljudi iz ene v drugo sobo bi obstajal, dokler bi bila različna gostota zasedenosti sob. Protoni delajo enako. Dokler jih je preveč na eni strani celične membrane (elektrokemijski gradient), prehajajo na drugo stran. Prehod poteka skozi ATP sintazo in povzroča njeno vrtenje. To obrača encimske beljakovine, ki so izven membrane. Energija pridobljena preko vrtenja, pretvarja ADP in fosfat nazaj v ATP. Torej, ATP sintaza izrablja tok protonov, ki prehajajo skozi membrano, da spreminjajo ADP v gorivo ATP [1].

Pri delovanju v obratni smeri, vezava ATP povzroči zasuk za 80°-90°, hidroliza ATP pa nadaljni zasuk za 40°-30°, skupaj za 120°. Pri poskusu, pri katerem so na motor v prečni smeri pritrdili aktinsko nitko (slika 4), so iz karakteristik njenega vrtenja ugotovili, da motor povzroča nanjo navor ~ 40pN nm, kar predstavlja 80-90 pN nm mehanskega dela na en hidroliziran ATP. Pri iz hidrolize ATP razpoložljivi energiji 24 kBT ≈ 100 pN nm predstavlja ta pretvorba kemijske v mehansko energijo učinkovitost blizu 100%.

Slika 3: Realistični prikaz F1 ATPaze (levo) in shematski (desno) [9].

Slika 4: Poskus, kjer so na F1 del ATP sintaze pritrdili nitko aktina in merili navor nanjo [12]. Nitka aktina je obarvana oranžno, α podenota modro, β zeleno, γ gred vijolično. Rjava enota je streptavidin, s katerim so nitko aktina pritrili na γ gred motorja. Na mestu streptavidina bi se motor sicer nadaljeval v F0 del. (b) Sekvenčne slike, vrteče se nitke aktina.

7

Page 8: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

3.3 Poskus za določitev navora

Mehanski navor kot posledico hidrolize ATP so izmerili s poskusom, pri katerem so na molekularni motor namestili nitko aktina (slika 4). Pri študiju vrtenja nitke pod vplivom hidrolize ATP so po pričakovanjih opazili, da se daljše nitke vrtijo počasneje, kar je posledica večjega hidrodinamskega trenja daljših nitk. Hidrodinamsko trenje ξ lahko ocenimo analitično z modeliranjem nitke kot valja z dolžino L in s premerom r, ki se vrti v vodi z viskoznostjo η okrog enega od svojih koncev [15],

ξ=(4π /3)ηL3 /[ ln( L/2r)−0.447] . (2)

Navor, s katerim mora motor vrteti nitko, da pri kotni hitrosti ω premaguje hidrodinamski upor s koeficientom ξ je M =ξ∗ω . Iz teh enačb sledi, da je za 1 μm dolgo nitko aktina s polmerom 5 nm, ki se zavrti 6 krat na sekundo, potreben navor 40 pN nm.Če motor generira ta navor na meji γ in β podenote, to je pri polmeru ~ 1 nm, je sila, ki omogoči relativni premik obeh podenot, 40 pN, kar je daleč največa sila, ki jo generira kak molekularni motor, ki ga poganja ATP.

Slika 5: Frekvenca vrtenja nitke v odvisnosti od dolžine nitke in koncentracije ATP. Simboli ustrezajo izmerjenim vrednostim, polne črte pa vrednostim, izračunanim ob predpostavki, da motor

proizvaja konstanten navor (neodvisen od dolžin nitke in koncentracij ATP) [12].

8

Page 9: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

Pri poskusu so opazovali tudi kotno hitrost nitk (slika 5) v odvisnosti od njene dolžine in koncentracije ATP. Izmerjene vrednosti se razmeroma dobro ujemajo z izračunano napovedjo. Ta temelji na predpostavki, da motor proizvaja konstanten navor 40 pN nm in da je čas za 1/3 obrata vsota časa za izvedbo cikla hidrolize ATP in časa zasuka nitke za 120° pri privzetem navoru. Vrtenje je počasnejše za daljše nitke in nižje koncentracije ATP. Vpliv dolžine nitke je preko hidrodinamskega trenja (enačba 2), nižja koncetrancija ATP pa pomeni počasnejšo vezavo ATP in posledično daljši čas za zasuk.

Kot je zapisano že v poglavju 3.2, je mehanska energija, ki jo motor proizvede za premagovanje

hidrodinamskega upora, A=M ∗Δφ=40 pN 2π3

≈ 84 pN nm . Če definiramo učinkovitost

motorja kot razmerje uporabnega mehanskega dela in proste energije, ki jo motor lahko pridobi iz kemijske reakcije, to je hidrolize ATP, dobimo

(2) To je pri fizioloških pogojih ([ATP]= 1mM=[Pi], [ADP]=10μM-100μM) ΔGATP=-100 pN nm -(-90 pN nm). Vendar se moramo zavedati, da taka definicija učinkovitosti ni enaka izkoristku v termodinamskem smislu, namreč razmerju celotnega dela in dovedene toplote. V zgornji definiciji namreč ni zajeta toplota, ki jo motor prejme od okolice. Zato je učinkovitost, ki se približuje 100%, le znak za to, da je mehansko delo, ki ga opravlja motor, posledica sprememb, ki so skoraj reverzibilne.

3.4 Analogija z električnim motorjem

Na koncu si poglejmo še analogijo molekularnega rotacijskega motorja z makroskopskim enosmernim električnim motorjem, DC motor (slika 6). Ta je sestavljen iz tripolnega statorja, rotorja in gredi, poganja pa ga enosmerni električni tok. Vrtenje rotorja, ki je statični magnet, je posledica izmenjajoče se polarnosti magnetov statorja. Polarnost statorjevih magnetov se spreminja z vklapljanjem in izklapljanjem stikal na gredi in to tako, da v nobenem trenutku polariteta ni enaka pri vseh magnetih. Pri vsiljenemu vrtenju gredi v nasprotni smeri, se funkcija motorja obrne. V modernih električnih motorjih lahko učinkovitost pretvorbe električne energije v mehansko dosega 95%.

Slika 6: Enosmerni (DC – direct current) električni motor, ki ima tri gonilne pole v stacionarnem delu [12].

9

ηStokes=ξ (ω)2π

3⋅(ΔG ATP)≈ 100%

Page 10: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

Gonilna sila pri DC motorju je privlačna sila med severnim in južnim polom magnetov oziroma odbijajoča sila med enakima poloma. Pri tem motor električno energijo pretvarja v mehansko (rotacijsko).

K analogiji molekularnega motorja F1-ATPaza in enosmernega električnega motoroja nas napeljeta vsaj dva razloga: podobnost struktur motorjev in njuna visoka učinkovitost pri pretvorbi energije. Tako podenota γ v motorju F1-ATPaza predstavlja rotor z gredjo, ki se vrti v statorju izmenjajočih se 3 podenot α in 3 podenot β. „Enosmerni tok“ in „preklapljanje polaritet“ v statorju zagotovi vezava in hidroliza ATP. Poskusi so pokazali [12], da se ATP pri nizkih koncentracijah res veže na različne enote zaporedoma in v določeni smeri, kar je posledica konformacijskih sprememb proteina ob vezavi in hidrolizi ATP (slika 7).

Slika 7: Stranski pogled in pogled od zgoraj (iz smeri F0-dela ATP sintaze) na tri pare β in α-podenot, skupaj s centralno γ enoto, ki kaže v tristrano simetrijo „statorja“ in spreminjaje „polaritet“

[12].

4 Zaključek

Spoznali smo delček sveta molekularnih motorjev, ki nam, bolj kot ga odkrivamo, nakazuje, da imajo naše najbolj učinkovite zamisli v svetu neke vzporednice s sistemi v telesu. Podrobneje smo si ogledali ATP sintazo, ki pa je samo ena mnogih molekularnih naprav na delu v naših telesih.

Meni osebno so zelo zanimive mehanske lastnosti tega molekularnega motorja, kar je najverjetneje razlog, da ga je začela preučevati tudi fizika. Prej ko bomo razumeli njegovo delovanje do potankosti, prej bomo lahko dizajn prenesli v naš svet in s tem izboljšali izkoristke ostalih motorjev, ki jih uporabljamo sedaj (izven telesa). Znanstveniki še naprej raziskujejo te naravne molekularne mehanizme in uporabljajo nanotehnologijo, da bi ustvarili molekularne naprave in motorje v laboratoriju. Prepričan sem, da bodo nadaljne raziskave teh učinkovitih naprav nedvomno vodile v nove nobelove in druge nagrade, izume in aplikacije v našem (inženirskem) svetu. Uporabnost seže od tehnike do medicine.

10

Page 11: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

Literatura[1] http://education.mrsec.wisc.edu/nanoquest/molecular_motor/index.html (junij 2015).

[2] T. Bilyard, Single Molecule Studies of F1-ATPase and the Application of External Torque, PhD Thesis, (2009).

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_motor (junij 2015).

[4] http://integrativehealthjournal.com/2011/12/08/adenosine-triphosphate-atp-the-necessary-fuel-part-1/ (junij 2015).

[5] http://www.atpsynthase.info/FAQ.html (junij 2015).

[6] http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/ (junij 2015).

[7] http://www.topbritishinnovations.org/PastInnovations/ATPenzyme.aspx (junij 2015).

[8] http://en.wikipedia.org/wiki/F-ATPase (junij 2015).

[9] G. Oster in H. Wang, How Protein Motors Convert Chemical Energy into Mechanical Work, in Molecular Motors (ed M. Schliwa),Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, FRG (2002).

[10] K. Kinosita, Jr., F1-ATPase: A Rotary Motor/Generator, Alfred Nobel Symposium, Energy in Cosmos, Molecules and Life, (2005).

[11] http://book.bionumbers.org/how-much-energy-is-released-in-atp-hydrolysis/ (junij 2015).

[12] K. Kinosita, R.Yasuda, H. Noji in K. Adachi, A rotary molecular motor that can work at near 100% efficiency. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 355(1396), 473-489 (2000).

[13] http://www.iiserpune.ac.in/~cathale/lects/bio322lit-review/hunt1994viscousforce-kinesin.pdf (junij 2015).

[14]http://www.uic.edu/classes/phys/phys450/MARKO/N004.html (junij 2015).

[15] M. C. Leake, Single-Molecule Cellular Biophysics, Cambridge University Press, 200 (2013).

[16]http://biowiki.ucdavis.edu/Biochemistry/Oxidation_and_Phosphorylation/ATP_and_Oxidative_Phosphorylation/The_Boyer_Hypothesis (junij 2015).

[17] G. Oster in H. Wang, Why Is the Mechanical Efficiency of F1-ATPase So High?, Journal of Bioenergetics and Biomembranes, 32 (5), 466 (2000).

[18] R. Yasuda, H. Noji, K. Kinosita, J. Masasuke Yoshida, F1-ATPase Is a Highly Efficient Molecular Motor that Rotates with Discrete 120° Steps, Cell , 93 (7) , 1117 – 1124 (1998).

11

Page 12: Molekularni motor F -ATPazamafija.fmf.uni-lj.si/seminar/files/2013_2014/... · Kot že rečeno, je ATP sintaza reverzibilni motor. Tok protonov iz zunanjosti v notranjost skozi F0

[19] K. Kinosita, Jr., R. Yasuda, H. Noji, F1-ATPase: a highly efficient rotary ATP machine, Essays Biochem. 35, 3-18 (2000).

[20] E. Muneyuki, S. Toyabe, Single molecule thermodynamics of ATP synthesis by F1-ATPase, New J. Phys. 17, 015008 (2015).

[21] H. Itoh, A. Takahashi, K. Adachi, H. Noji, R. Yasuda, M. Yoshida , K. Kinosita Jr, Mechanically driven ATP synthesis by F1-ATPase, Nature. 2004 Jan 29;427(6973), 465-8 (2004).

[22] H. Wang, G. Oster, Energy transduction in the F1 motor of ATP synthase, Nature. 396(6708), 279-82 (1998).

[23] http://en.wikipedia.org/wiki/Mitochondria (junij 2015).

[24] http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrolysis (junij 2015).

Videoposnetki:

[25] http://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKY (junij 2015).[26] http://www.youtube.com/watch?v=QeHCAFKaWM8 (junij 2015).[27] http://www.youtube.com/watch?v=XI8m6o0gXDY (junij 2015).

12