分子马达是生命的“主力军”。它们可以打开和关闭细胞壁上的阀门，驱动肌肉收缩，并运输货物。每一个活细胞都literally（字面上）充斥着它们。
细胞生物学家长期以来一直被这些装置所吸引。事实上，他们研究了这些机器的工作原理，摸索出了在细胞外操作它们的方法，并希望在未来加以利用。其设想是，分子机器有一天可以将其将药物运送到治疗靶点，构建复杂的分子，并从合成分子工厂运输燃料和废物。
然而，生物学家目前研究的马达都是自然界现有机器的变体，它们是由现有马达的组件构建而成的。没有人成功地按照自己的设计构建出完全合成的马达。
直到现在。加拿大西蒙·弗雷泽大学的生物物理学家 Chapin Korosec 和 Nancy Forde 出现了。Korosec 和 Forde 设计并制造了第一个完全合成的分子马达，并在实验室条件下测量了其性能。他们将他们的马达称为“割草机”。他们说：“我们相信，‘割草机’是首个通过使用非马达蛋白成分，按需构建的、自主的、基于蛋白质的合成马达。”
分子马达是将化学能转化为定向运动的分子。也许最著名的例子是驱动蛋白，它呈一对腿的形状，脚附着在构成细胞骨架的微管上。
驱动蛋白通过沿着微管“行走”来移动，并在身后拖着一个巨大的货物袋。
其他马达可以构建 RNA 和 DNA，有些可以将离子泵过细胞膜，大多数则使用三磷酸腺苷（ATP）作为燃料，ATP 是一种存在于所有细胞中的有机分子。
Korosec 和 Forde 的马达略有不同。它由一个微观的球体或珠子组成，表面附着着胰蛋白酶。胰蛋白酶分子在该马达中起着重要作用，因为它们对肽分子具有很强的亲和力。
他们的设计是一个马达，它沿着表面上铺设的肽分子轨迹移动，以便胰蛋白酶与之结合。微球在布朗运动的扰动下，沿着轨迹滚动，一个接一个地拾取肽分子。
这种设计确保了微球的运动方向是单向的。这是因为胰蛋白酶对它前面的肽分子有亲和力，而后面的肽分子已被移除。因此，存在一个化学梯度推动它前进。这种机制被称为“燃烧桥”布朗棘轮。
微观棘轮
当然，任何受到布朗运动扰动的微观球体都会以一种称为扩散的过程移动。但这是一种具有特定统计特性的随机运动。
Korosec 和 Forde 通过将他们的装置放置在一个覆盖着肽“草坪”的表面上进行了测试。他们将涂有胰蛋白酶的微球放在这个表面上，并追踪它的去向和速度。
正如预期的那样，球体在表面上快速移动，在移动过程中清除肽“草”。他们说：“‘割草机’的平均速度可达每秒 80 纳米。”
研究人员将这种运动与一个类似的微球在没有肽草坪的表面上移动的运动进行了比较。在这种情况下，它的运动符合普通扩散，随机移动的速度约为每秒 20 纳米。
这是一项有趣的研究。未来，研究人员希望确定各种因素如何影响其运动，例如肽草坪和胰蛋白酶“刀片”的密度，以及这些分子的连接物的长度和刚度。他们还想构建一维肽通道，充当“割草机”的分子跑道。
除此之外，未来潜力无限。但这需要时间。在我们称之为细胞的化学工厂内部工作的分子马达的应用是数不胜数的。如果研究人员有一天能够匹配其中微不足道的一小部分复杂性和效用，那将是一项巨大的成就。
