製造經過
分子馬達分子馬達（molecular motor）是美國康奈爾大學研究人員在活細胞內的能源機制啟發下，製造出的一種馬達。
研究人員把金屬鎳製成的螺鏇槳嫁接到三磷酸腺苷酶分子中軸上。當它們被浸於ATP溶液後，其中5個分子馬達轉動了起來，轉速達到每秒鐘8轉。據介紹，這種馬達只有在顯微鏡下才能被觀察到，其鎳螺鏇槳長750納米（一納米為十億分之一米）。根據拍攝到的畫面，研究人員可以看到一個塵埃粒子先被鏇轉的螺鏇槳吸入、再被甩出的情景。
例如肌肉中的肌球蛋白會拉動粗肌絲向中板移動，引起肌肉收縮。而另外兩種分子馬達：驅動蛋白和動力蛋白，它們能夠承載著分子“貨物”。如：質膜微粒，甚至是線粒體和溶酶體，在由微管構成的軌道上滑行，起到運輸的作用。一類由生物分子組成，具有馬達（發動機）功能的分子機器，能夠象馬達一樣依賴於微管推進細胞器運動，故稱為分子馬達。常見的分子馬達多為蛋白質，其家族有：驅動蛋白、動力蛋白和依賴於微絲的肌球蛋白，利用ATP水解得到的能量（化學能）推動馬達轉動（動能），從而推動細胞器運動。
相關舉例
肌動蛋白和動力蛋白：能夠沿著軌道運動，軌道由同一亞單位（如肌纖蛋白和微管）重複而組成，是一種蛋白絲。
鞭毛：例如大腸桿菌之類的細菌，它們的運動依靠鞭毛，鞭毛扮演著螺鏇槳的角色，在細菌細胞膜中做馬達鏇轉，這個鏇轉的馬達被一個跨膜的蛋白質濃度梯度所驅動，代替被ＡＴＰ水解所驅動。
肌球蛋白：肌肉收縮。
F0F1三磷酸腺苷合成酶(ATPase)： 位於細胞膜或線粒體膜上。利用電化學質子的梯度合成三磷酸腺苷(ATP)。
肌球蛋白
肌球蛋白肌球蛋白是微絲結合蛋白，最早發現於肌肉組織，1970年後逐漸發現許多非肌細胞的肌球蛋白。其家族有13個成員，每個成員在結構上都分為頭，頸和尾部三個部分，形似豆芽，而組成上則有輕重兩種鏈。其中的調節輕鏈是肌球蛋白接受調解的位點，就是說，調節輕鏈的磷酸化/去磷酸化狀態影響著肌球蛋白的活性。其中Ⅰ和Ⅱ型是研究得最徹底的分子馬達。一些細胞具有突變的肌球蛋白，它們能正常伸出偽足，但是卻不能成功移動。Ⅰ型和Ⅴ型則是二聚體。趨向微絲的正極運動。蛋白的頭部能就尾部作屈伸運動，並在“屈”的時候拉動微絲相對向後運動。肌球蛋白除了參與肌肉收縮外，還被認為是細胞遷移
所需的重要分子之一。肌球蛋白非常可能參與了“前進的四個步驟”裡面胞體收縮的那一步。另外，在細胞突出一端也可觀察到肌球蛋白，它可能是幫助運輸粘著所需要的蛋白質，提高粘著效率。
組成策略
分子馬達分子馬達靠很小的增值來工作，轉入蛋白質構象的改變從而能進行有引導的運動，它需要一條引導馬達裝配的運動軌道進行有規則的運動來通過一段距離。實際上，我們以前已經遇到過一類分子馬達，它利用我們即將涉及的分子機器，即沿著DNA和RNA軌跡運動的解螺鏇酶。沿重複同一亞單位組成的蛋白絲（如肌纖蛋白和微管）－－在高度親緣關係和低親緣關係間的馬達蛋白質的循環，是為使絲狀軌道回響於ＡＴＰ的結合，水解。ＡＴＰ的每一次結合、推動、釋放，都是產生運動的機制。
也存在一種完全不同的策略，就象大腸桿菌之類的細菌那樣用來產生運動，一套鞭毛扮演著螺鏇槳，在細菌細胞膜中做馬達鏇轉，這個鏇轉的馬達被一個跨膜的蛋白質濃度梯度所驅動，代替被ＡＴＰ水解所驅動，一套蛋白質濃度梯度去轉動運動的機理類似於ＡＴＰ合成酶的F0亞基的作用.但是,儲存生化能量的主要模式都是ATP和離子濃度梯度,被漸進式的利用去驅動有機分子運動.
分子馬達真核細胞含有三種主要的馬達蛋白家族：肌球蛋白、kinesins蛋白和動力蛋白。初一看，這些蛋白家族好像彼此很不同。在肌肉中的肌球蛋白，開始時被描繪成有它自己的作用基礎，沿著肌纖蛋白的絲運動，肌肉肌球蛋白包括兩個拷貝,它們都有一個87kd分子團的重鏈，一個必需的輕鏈,和一個起調節作用的輕鏈。人類基因似乎能編碼超過40種截然不同的肌球蛋白,在肌肉收縮中有些功能和另一些參與不同種類的其他過程。kinesins蛋白在蛋白質、囊泡和沿微管的細胞器轉運中起作用，包括染色體分離。kinesins蛋白常包括兩個拷貝，一個是重鏈，一個是輕鏈，它的重鏈大約只有肌球蛋白長度的一半。人類基因至少能編碼40種kinesins蛋白。在一些真核細胞中，動力蛋白能驅動纖毛和鞭毛的運動，和其他作用蛋白相比，動力蛋白較大，有個大於500kd的分子團重鏈，人類基因似乎能編碼大約10種動力蛋白。
比較肌球蛋白，kinesins和動力蛋白的胺基酸序列，並沒有出現這些蛋白質家族之間有意義的關係，但是，在確定它們的三維結構之後，肌球蛋白和kinesins家族的成員之間被發現有顯著的相似性，特別是肌球蛋白和kinesins都包含同源的P-環NTP酶核心部位，這些在G蛋白中也存在。動力蛋白重鏈的序列分析揭示出它是P-環NTP酶的AAA子家族的一個成員，我們以前在19S蛋白解體系統中遇到過該子家族，動力蛋白有6個序列編碼一個沿著它的長段排列的P-環NTP酶整環。從而，可以利用有關G蛋白和其他P-環NTP酶的知識來分析這些馬達蛋白的運動機理。
發展前景
那么，由人類控制的分子馬達究竟又有何用？於是有了一個很誘人的前景：打造納米機器人(也稱分子機器人)。[1]
無數科幻小說描寫過這樣的情景：一個很小很小的機器人，比你的細胞還小，所以就可以進入體內的任何一個細胞，如果給予指令，它就能在你的身體裡隨意活動，吞噬病菌，殺死癌細胞，或者乾脆把基因中的有害部分給一刀“喀嚓”了……醫生出診，完全不用帶什麼藥啊針啊，口袋裡裝上這么一大把的機器人，根據病人的情況，請他吞下一些機器人，或者從皮膚上切開一個小口子，把機器人送入病人的身體裡，其他的事，讓機器人自己完成。
這就是納米機器人。目前人類還無法製造這么小的機器人，一部分原因是找不到足夠小的動能裝置。分子馬達既然能把生物能轉化為機械能，一旦被人類完美地控制，就完全可以充當納米機器人的發動機。王石剛教授告訴記者，你也可以把分子馬達看成一個最簡單的納米機器人，像一種長了兩條“腿”的肌球蛋白分子馬達，可以做線性推進運動，在人體內，它的一大作用是在細胞內搬運小泡等物質，理論上，如果再給它裝個筐，它也能運我們想運的其他東西。
目前，科學家還在研究怎樣把多個分子馬達組合，或把它們和其他分子聯繫，組成一個稍微“複雜”的機器。在實驗室里，科學家已經做成了由350個原子組成的螺鏇槳、2.5納米大小的升降機、3納米的剪刀，這些都可以算是納米機器人的雛形。當然，人類最終的夢想是讓這個機器人跟巨觀世界的機器人一樣，完成任何複雜的操作。
納米機器人潛在用途十分廣泛，其中特別重要的就是套用於醫療領域。例如美國佛羅里達大學的科學家最近研製出一種能夠100%地殺滅C肝病毒的納米機器人。這種納米機器人由兩組物質構成：一組是能夠攻擊並摧毀RNA（參與複製C肝相關蛋白）的酶，另一部分是一種寡核苷酸，能識別疾病相關蛋白並將酶送過去消除危害。在細胞培養和小鼠實驗中，這個新方法已達到了近乎100%的有效率，且沒有任何副作用，例如免疫系統反應。這項新成果促進了醫療納米機器人的發展，目前也逐步向臨床套用邁進。
每一種新科技的出現，似乎都包涵著無限可能。用不了多久，個頭只有分子大小的神奇納米機器人將源源不斷地進入人類的日常生活。中國著名學者周海中教授在1990年發表的《論機器人》一文中就預言：到21世紀中葉，納米機器人將徹底改變人類的勞動和生活方式。
細胞生活學相關知識
| 細胞生物學(cell biology)是研究細胞結構、功能及生活史的一門科學。細胞生物學由Cytology發展而來，Cytology是關於細胞結構與功能(特別是染色體)的研究。細胞生物學是以細胞為研究對象，從細胞的整體水平、亞顯微水平、分子水平等三個層次，以動態的觀點，研究細胞和細胞器的結構和功能、細胞的生活史和各種生命活動規律的學科。 |
