mensen, op een dag, misschien in staat zijn om hun eigen elektrische energie te produceren op dezelfde manier als elektrische paling, volgens een onderzoeksteam in Japan. Het is het uiteindelijke doel dat begint met precies te begrijpen hoe kleine "motoren" in bacteriën het biologische evenwicht behouden.

De onderzoekers richtten zich specifiek op een roterende motor genaamd V1 die functioneert als onderdeel van een pomp die natriumionen over het membraan beweegt als onderdeel van gezonde cellulaire processen. Ze publiceerden hun resultaten in Tijdschrift voor biologische chemie online op 13 september en in de gedrukte editie op 8 november.

"De energieomzettingsefficiëntie van roterende moleculaire motoren is veel hoger dan die van kunstmatige motoren, " zei Ryota Iino, paper auteur en onderzoeker bij het Institute for Molecular Science van de National Institutes of Natural Sciences en het Department of Functional Molecular Science in de School of Physical Sciences aan de Graduate University for Advanced Studies. "En energieconversie door roterende moleculaire motoren is omkeerbaar. Als we het mechanisme volledig begrijpen, het zal leiden tot de realisatie van zeer efficiënte, door de mens gemaakte motoren in de toekomst."

Om het mechanisme te begrijpen, de onderzoekers gebruikten een gouden nanodeeltjessonde om afzonderlijke moleculen die zijn gezuiverd uit bacteriën direct te observeren - Enterococcus hirae, die sepsis bij mensen kan veroorzaken. Door een enkel molecuul met hoge resolutie af te beelden, de onderzoekers konden zijn gedrag in de loop van de tijd observeren en bepalen hoe de motor voor verschillende secties roteerde om met verschillende inputs te communiceren. Net als een bronpomp die een persoon moet aanzwengelen om het water omhoog te laten stromen, tegen de zwaartekracht, de waargenomen moleculaire pomp moet enige energietoevoer vergen om meer energie te genereren om ionen tegen de gradiënt van het bacteriële membraan te transporteren. De energie die de mens in de handpomp steekt is beperkt, maar de interactie is zwaar, vergeleken met de hoeveelheid energie die het water nodig heeft om naar boven te stromen.

"We zijn begonnen door te proberen te begrijpen hoe chemische energie wordt omgezet in de mechanische rotatie van de V1-motor, " zei Iino. "We ontdekten dat hoewel de driedimensionale structuren van V1 en verwante roterende motoren vergelijkbaar zijn, hun chemische en mechanische koppelingsmechanismen zijn zeer verschillend, wat suggereert dat cellulaire functies de evolutie van verschillende functionele mechanismen dicteerden."

Met deze studie, de onderzoekers begrijpen beter hoe de V1-motor een complex vormt met een andere roterende motor genaamd Vo om actief natriumionen door het celmembraan te pompen. Met andere woorden, het motorcomplex gebruikt chemische energie van de cel om mechanisch te roteren en de energie om te zetten in elektrochemisch potentieel - net zoals een mens energie gebruikt die uit voedsel wordt gehaald om een ​​bronpomp te laten draaien, resulterend in de opgewekte energie van de waterstroom.

"Volgende, we willen graag precies begrijpen hoe het energieomzettingsmechanisme van het motorcomplex werkt, ' zei Iino.

Volgens Iino, sidderalen genereren elektrische energie uit chemische energie met een mechanisme dat vergelijkbaar is met het motorcomplex in deze studie.

"Als we dit mechanisme volledig kunnen begrijpen, het kan mogelijk zijn om een ​​batterij te ontwikkelen die in staat is tot energieomzetting om te implanteren in een kunstmatige elektrische paling of zelfs in een mens, ' zei Iino.