摩擦力讓分子馬達上路
- 上線日期：2009/9/11 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
德國生物物理學家最近發現，在活體細胞中分子馬達(molecular motors)的移動與摩擦力有密不可分的關係。這項發現將有助於對細胞生物學的了解，因為許多生物作用都牽涉到分子馬達，例如DNA複製與精子的移動。
根據馬克斯普朗克分子細胞生物及基因研究所的Joe Howard與德勒斯登(Dresden)科技大學的Erik Shaeffer所完成的研究，驅動蛋白(kinesin)分子。是以兩隻「腳」沿微管絲(microtubular strand)前進來運送生物分子，就像走鋼索般一腳固定，另一腳放開，慢慢前移。然而此分子只有數奈米大，熱擾動會讓它們的行為就像醉漢在搖晃的鋼索上行走。
為了了解讓分子馬達在軌道上行進的作用力，研究人員將驅動蛋白接上直徑約1 μm的小珠，然後以光鑷夾(optical Tweezer)將小珠補捉在雷射光焦點，接著將嵌在移動平台上的微管絲置於小珠旁，再以接近分子馬達自然運動的1 μm/s速度拉動平台。
研究人員測量小珠偏離光阱中心的程度，定出作用在小珠上的摩擦力大小，結果發現移動速度低於1 μm/s時，摩擦力正比於驅動蛋白與微管絲間的相對速度。在另一個實驗中，研究人員觀察驅動蛋白在「燃料」耗盡後的運動，此時分子會依愛因斯坦擴散方程式定義的速度移動，因此可計算出摩擦力，亦得到類似的結果。
當相對速度大於1 μm/s時，摩擦力仍會增加，但增加的速率開始下降。Howard表示，這正是驅動蛋白分子的腳抓住微管絲的特定點然後鬆開時的情況。藉由分析摩擦力對速度的曲線圖，可推得分子馬達移動的步幅約8 nm，恰好是微管絲中某種二聚物(dimer)重複出現的距離。
Howard表示，這項研究結果有助於了解一群分子馬達如何一起推動精子細胞，也讓科學家了解更大尺度的運動。Shaeffer表示，讓驅動蛋白分子的腳附著在微管絲的作用力，就是讓壁虎能在光滑牆壁上快速移動的凡得瓦力(van der Waals forces)，不過壁虎腳上匙突大小約100 nm，而驅動蛋白分子只有25 nm。詳見Science 235, 870 (2009)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/40119
譯者:謝德霖(逢甲大學光電學系)
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