Молекулярные моторы белков работают как нанотрансмиссии, вращаясь на 100 оборотах в секунду с КПД 100%.

Белок F1-ATPase — один из самых эффективных молекулярных моторов в природе. Его структура и функция были раскрыты благодаря работам Пола Бойера, который в 1997 году получил Нобелевскую премию за открытие механизма синтеза АТФ. Белок работает как микроскопическая турбина: под воздействием потока ионов водорода через биологическую мембрану он вращается с частотой до 100 оборотов в секунду, преобразуя химическую энергию градиента концентрации в механическую энергию вращения. Визуализация работы отдельной молекулы стала возможна благодаря экспериментам японского биофизика Масасуке Йошида и его коллег в начале 2000-х годов. Они прикрепили к молекуле F1-ATPase флуоресцентный белок и под флуоресцентным микроскопом наблюдали её вращение в реальном времени — это была первая прямая визуализация работы молекулярного мотора. КПД этого процесса превышает 90%, что значительно выше, чем у лучших современных электромоторов и двигателей внутреннего сгорания. Важность F1-ATPase выходит далеко за пределы базовой науки. Все живые клетки используют подобные молекулярные моторы для генерации энергии в виде молекул АТФ, необходимых для любого биологического процесса. Инженеры рассматривают эту молекулу как прототип для разработки нанороботов и биоинспирированных наномашин, которые могли бы работать в микроскопических масштабах с беспрецедентной эффективностью. Размер F1-ATPase составляет около 10 нанометров, что делает его идеальным объектом для нанотехнологий.