分子マシン

分子マシン（ぶんし—、Molecular Machine）は、ミクロスケール、あるいはナノスケールで制御された機械的動きを起こす分子、あるいは分子複合体である。

分子マシンの分類と例

大きく分けて、生体分子マシンと人工（合成）分子マシンがある。

生体分子マシン

生体分子マシンは生体内に存在するタンパク質で、分子モーターとも呼ばれる。方向性のある動きによってなんらかの機能を発現する。

• ATP合成酵素
  • タンパク質複合体が回転しながらATPを合成する
• ミオシン
  • アクチンフィラメントの上を直線運動し、筋肉の収縮運動の元となる
• キネシン、ダイニン
  • 微小管の上を直線運動し、細胞内での物質輸送を担う

人工分子マシン

人工分子マシンは有機化学的に合成された分子マシンであり、光、熱、pH変化などの外部刺激に応じて分子の構造が変化する。ロタキサンやカテナンといった超分子的モチーフを用いたものや、二重結合周りのcis-trans異性化を用いたものなどが作られている。分子機械 とも呼ばれ、ナノテクノロジーの中で化学的な領域の一角を占める。

• 分子シャトル
  • ロタキサンを用い、pH変化、光照射などによって環状部位がひも状部位の上を前後に動く。
• 分子ローター

近年、上記のATP合成酵素に人工的な改変を加え、その機能を人工的に制御、利用しようとする試みも報告されている。

概観

生体分子マシンは、複雑に形作られたタンパク質ユニット間の相互作用による、高度に洗練された動きや生体内での機能を持つものである。それに対し、人工分子マシンは有機合成的に作られているために比較的シンプルな構造を持っていて、実用的な機能を持つものはほとんどなく、発展途上の研究分野である。

外部リンク

• ロタキサンを使った分子マシンの例
  • ロタキサン（２）〜分子マシンへの挑戦〜