Människor, en dag, kanske kan producera sin egen elektriska energi på samma sätt som elektriska ålar gör, enligt en forskargrupp baserad i Japan. Det är det yttersta målet som börjar med att förstå exakt hur små "motorer" inuti bakterier upprätthåller biologisk balans.

Forskarna fokuserade specifikt på en rotationsmotor dubbad V1 som fungerar som en del av en pump som förflyttar natriumjoner över membranet som en del av friska cellulära processer. De publicerade sina resultat i Journal of Biological Chemistry online den 13 september och i den tryckta upplagan den 8 november.

"Energieffektivitetseffekten för roterande molekylmotorer är mycket högre än för konstgjorda motorer, "sa Ryota Iino, pappersförfattare och forskare vid Institute for Molecular Science of the National Institutes of Natural Sciences och Institutionen för funktionell molekylärvetenskap vid Fysikaliska skolan vid Graduate University for Advanced Studies. "Och energiomvandling med roterande molekylmotorer är reversibel. Om vi ​​helt förstår mekanismen, det kommer att leda till förverkligandet av högeffektiva, konstgjorda motorer i framtiden. "

För att förstå mekanismen, forskarna använde en guld -nanopartikelsond för att direkt observera enstaka molekyler renade från bakterier - Enterococcus hirae, som kan orsaka sepsis hos människor. Genom att avbilda en enda molekyl med hög upplösning, forskarna kunde observera dess beteende över tiden och bestämma hur motorn roterade för olika sektioner för att interagera med olika ingångar. Ungefär som en brunnspump som en person måste veva för att få vattnet att rinna uppåt, mot tyngdkraften, den observerade molekylpumpen måste ta lite energi för att generera mer energi för att transportera joner mot bakteriemembranets gradient. Energin som människan lägger i handpumpen är begränsad, men interaktionen är tung, jämfört med mängden energi som krävs för att vattnet ska rinna uppåt.

"Vi började med att arbeta för att förstå hur kemisk energi omvandlas till mekanisk rotation av V1 -motorn, "Iino sa." Vi fann att även om de tredimensionella strukturerna hos V1 och relaterade rotationsmotorer är liknande, deras kemiska och mekaniska kopplingsmekanismer är mycket olika, tyder på att cellulära funktioner dikterade utvecklingen av olika funktionella mekanismer. "

Med denna studie, forskarna har en bättre förståelse för hur V1 -motorn bildar ett komplex med en annan roterande motor som kallas Vo för att aktivt pumpa natriumjoner över cellmembranet. Med andra ord, motorkomplexet använder kemisk energi från cellen för att mekaniskt rotera och omvandla energin till elektrokemisk potential - ungefär som en människa använder energi som fås från mat för att driva en brunnspump, vilket resulterar i den genererade energin från vattenflödet.

"Nästa, vi skulle vilja förstå exakt hur energiomvandlingsmekanismen för motorkomplexet fungerar, "Sa Iino.

Enligt Iino, elektriska ål genererar elektrisk energi från kemisk energi med en mekanism som liknar motorkomplexet i denna studie.

"Om vi ​​helt kan förstå denna mekanism, det kan vara möjligt att utveckla ett batteri som kan energiomvandlas till implantat i en artificiell elektrisk ål eller till och med i en människa, "Sa Iino.