Жгутиковые двигатели у бактерий
Бактерии, в отличие от наших самых примитивных "родственников" – амеб и прочих простейших – не могут двигаться по питательной среде, меняя форму своего тела. Их клетки окружает своеобразная "броня", достаточно прочная и плотная клеточная стенка, состоящая из двух или трех слоев и не дающая им выращивать ложноножки или совершать колебательные движения всем телом. По этой причине большинство микробов использует своеобразные клеточные "весла", так называемые жгутики, для перемещения в окружающей среде.
Обычно считалось, что жгутики виляют как хвосты, а видимость спирального вращения является результатом волнового движения, передающегося вдоль жгутика, как у извивающейся змеи. Правда же намного более удивительна. Жгутик приводится в движение крошечным молекулярным двигателем. Этот двигатель сформирован по тем же механическим принципам, что и электрический двигатель. В нём есть две главные части: движущаяся часть ("ротор") и стационарная часть ("статор"). Кроме этого в этом микродвигателе присутствуют - приводной вал и втулка, через которую приводной вал выходит наружу сквозь оболочку клетки.
В отличие от наших электродвигателей, которые работают благодаря потоку отрицательно заряженных частиц, жгутиковый мотор приводится в движение положительно заряженным потоком ионов водорода (протоны H) из внешней среды внутрь клетки. Движение протонов осуществляется за счет электрического градиента или pH-градиента, а энергия, производящая градиент, образуется при окислении продуктов питания. Поток протонов изменяет форму одной из белковых молекул статора, что оказывает воздействие на одну из белковых молекул ротора и таким образом приводит его в движение.
У некоторых бактерий скорость вращения кольца превышает 1000 оборотов в секунду! Несмотря на такую скорость, бактерия может остановить жгутик всего за 1/3 оборота и тут же начать раскручивать его в обратную сторону! На работу жгутика бактерия тратит около 0,1% расходуемой энергии. Диаметр двигателя составляете всего 30-40нм, при этом его эффективность преобразования энергии превышает 95%. В состав жгутикового мотора входит даже сцепление, с помощью которого моторчик может отключить вращающийся ведущий вал от статора.
Исследование показывает, что жгутики бактерий могут заменять части своего ротора (движущаяся часть двигателя) во время его вращения. Проведенные ранее исследования показали, что элементы стационарной части мотора (статора) могут заменяться, пока сам жгутик вращается. Результаты исследования, проведенного в Оксфордском университете, были опубликованы в журнале «Записки национальной академии наук».
