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Mit High-Speed durch die Zellkulturschale
Kleinster Motor der Welt leistet 13600 Watt pro Kilogramm
Die kleinsten Motoren der Welt sind elektrochemische Rotationsmotoren, nur etwa 14 millionstel mm groß, drehen sich bis zu 60000 Upm drehen. Die Motorleistung von 13600 Watt/kg ist etwa 46 mal größer als die eines Benzinmotors. Diese Nanomotoren nutzen Bakterien schon seit ein paar Milliarden Jahren zur Fortbewegung:
http://www.physics.ox.ac.uk/biophysics/research/flagellar.html
Dazu sollte man noch wissen: Wasser ist für schwimmende Bakterien wie zähflüssiger Teer für uns (wegen ihrer Kleinheit)
Escherichia coli, meist harmlose Darmbakterien, die selbst nur wenige tausenstel Millimeter gross sind, können sich mit einer Geschwindigkeit des 35-fachen ihrer Länge pro Sekunde gezielt fortbewegen. Wir müssten mit 220 km/h rennen, um mithalten zu können! Die Bakterien treiben sich mit Hilfe von langen, leicht schraubenförmig gewundenen Filamenten durch das Wasser. Die Filamente rotieren um ihre eigene Achse, angetrieben von molekularen Nanomotoren an ihrer Basis, die in die Zellmembran eingebettet sind. Diese biologischen Rotationsmotoren mit einem Durchmesser von nur 45 nm können sich mehrere hundert Mal pro Sekunde entweder vom Ende des Flagellums aus gesehen im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn drehen. Die Bakterien können sich mit diesen Motor-getriebenen Flagellen nicht nur fortbewegen, sie können diese Bewegung auch steuern. Drehen sich die Motoren im Gegenuhrzeigersinn, so wickeln sich die Flagellen des Bakteriums (durchschnittlich vier Stück für E.coli) zu einem Bündel umeinander, arbeiten zusammen und bewirken eine geradlinige Bewegung. Drehen sich die Motoren im Uhrzeigersinn, so fällt das Flagellenbündel auseinander, und jedes Flagellum treibt das Bakterium in eine andere Richtung, so dass es im Wasser Purzelbäume schlägt.
Die Rotationsrichtung wird gesteuert durch Chemosensoren in der Bakterienoberfläche. Schwimmt das Bakterium auf eine Nahrungsquelle zu, so dass sich die Konzentration der Nahrungsmoleküle stetig erhöht, drehen sich die Motoren bevorzugt im Gegenuhrzeigersinn und das Bakterium schwimmt über grosse Strecken geradeaus. Aendert sich die Nährstoffkonzentration nicht oder verringert sie sich, so ändern die Flagellenmotoren häufig ihre Drehrichtung, und das Bakterium sucht in kurzen Einzelstrecken den Raum in alle Richtungen ab, bis es ein neues chemotaktisches Signal findet.
Seine Energie erhält der Flagellenmotor aus einem Ionenkonzentrations-gradienten zwischen der Umgebung und dem Zellinnern. In E.coli und verwandten Bakterien ist es der Fluss von Protonen durch die innere Membran, der die Energie für die Bewegung liefert, während marine Bakterien einen Natriumionen-Gradienten nutzen.
Die Flagellen-Filemente bestehen aus bis zu 30'000 Einheiten des Proteins Flagellin, dessen Struktur bekannt ist, während die Flagellenmotoren aus etwa 20 unterschiedlichen Proteinen bestehen. Sie sind funktionell und genetisch gut charakterisiert, doch über die Struktur der Motorproteine ist wenig bekannt, abgesehen von elektronenmikros-kopischen Abbildungen. Da jede Bakterienzelle nur einige wenige Kopien des Flagellenmotors besitzt, ist es extrem schwierig, genügen Material für die kristallographische Untersuchung herzustellen, ganz abgesehen davon, dass Membranproteine notorisch schwierig herzustellen und zu kristallisieren sind.