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Künstlich erzeugte mechanische Bewegung auf Molekülebene

EU-finanzierte Wissenschaftler haben die stark kontrollierte Bewegung eines künstlichen molekularen Motors vorgeführt, der zu einer Art unidirektionaler Hangelbewegung geeignet ist, wie sie zuvor nur selten erreicht wurde. Molekulare Roboter und Maschinen könnten tatsächlich zum Greifen nah sein.
Künstlich erzeugte mechanische Bewegung auf Molekülebene
Molekulare Motoren sind Proteinmaschinen, d. h. chemische Energie in mechanische Arbeit umwandelnde Enzyme, die sich schrittweise in einer Richtung (unidirektional) entlang von molekularen "Gleisen" in hangelnd abgewickelter Weise bewegen und dabei aufeinanderfolgende Reaktionen katalysieren, ohne deren Substrat freizugeben. Sie liegen in der Natur Funktionen wie Muskelkontraktionen, der Zellteilung und dem Transport von Organellen an deren angeforderte Orte in der Zelle zugrunde.

Wie oft ist hier die Natur eine Quelle der Inspiration für jene Wissenschaftler, die aktiv die Möglichkeit der Nachbildung der Anmut und Funktionalität von molekularen Motoren erforschen, um die Ausführung von Aufgaben mittels mechanischer Bewegung auf molekularer Ebene zu ermöglichen. Bislang fehlte derartigen Nachbildungen die exquisite Steuerung, die in biologischen Systemen vorhanden ist.

Die unzähligen molekularen Motoren unterteilen sich je nach Komponenten in einige Klassen, von denen eine der Kinesin-Motor ist, der eine Linearbewegung entlang von Mikrotubuli erzeugt. Wissenschaftler initiierten nun das von der EU finanzierte Projekt "Synthetic kinesin analogues: A transition metal complex that can walk" (METALWALKER ), um eine vollsynthetische molekulare Kinesin-Maschine zu entwickeln, die zur sequentiellen Prozessivität geeignet ist, wovon bislang nur wenige demonstriert wurden.

Um eine derartige Bewegung zu erzielen, müssen zwei Gruppen kinetisch stabiler orthogonaler Bindungseinheiten an dem Läufer (Walker) vorhanden sein, die getrennt aktiviert und deaktiviert werden können. Das Team kombiniert einen thermisch aktivierten Palladium(II)-Komplex und einen photochemisch aktivierten Platin(II)-Komplex in einer einzelnen Läufereinheit und demonstrierte mit Erfolg die zwei Hauptanforderungen an den Betrieb der Maschine: Direktionalität und Prozessivität.

Das METALWALKER-Konzept eröffnet mit der erfolgreichen Vorführung eines künstlichen molekularen Motors die Tür zur Entwicklung neuartiger Systeme zur Steuerung von Aufgaben mit Bewegungen auf molekularer Ebene und molekularen mechanischen Maschinen. Zu den Anwendungen zählen Nanoroboter und Nanobauelemente für medizinische Zwecke.

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