Molekulární stroje poháněné informací

• Název práce v češtině: Molekulární stroje poháněné informací
• Název v anglickém jazyce: Molecular machines driven by information
• Akademický rok vypsání: 2016/2017
• Typ práce: projekt
• Ústav: Katedra makromolekulární fyziky (32-KMF)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Artem Ryabov, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 15.11.2016
• Datum zadání: 15.11.2016
• Konzultanti: RNDr. Viktor Holubec, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Řada životně důležitých biologických procesů uvnitř buněk probíhá díky práci mikroskopických strojů, tzv. molekulárních motorů [1,2]. Tyto motory zajišťují téměř veškerý vnitrobuněčný pohyb a transport. Aby dokázaly plnit své úlohy, jsou tyto stroje schopny přeměny různých forem energie (např. chemické) na mechanickou práci. Zároveň kvůli svým malým rozměrům (motorem může být i jediná makromolekula [3]) je jejich dynamika výrazně ovlivněna fluktuacemi okolního prostředí.

I přes dlouhodobé teoretické [2] a experimentální [4] studium, nejsou základní principy fungování těchto strojů stále plně pochopeny [4-7]. V nové práci [5] bylo poukázáno na fundamentální rozdíly mezi jednotlivými třídami molekulárních motorů (poháněných světlem vs. chemickou energií). Hlavním vědeckým cílem navrhovaného projektu je přispět k této debatě a podrobně popsat činnost takových motorů prostřednictvím konceptů z tzv. stochastické termodynamiky [8-10]. Na jednoduchých generických modelech bude diskutována jak energetika mikroskopických procesů (popis přeměny jednotlivých forem energie) [8], tak i základní pojmy teorie informace [9,10], které se čím dál více propojují s termodynamickým popisem.

Seznam odborné literatury

[1] J. Howard, Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton (Sinauer, New York, 2001)
[2] A.B. Kolomeisky and M.E. Fisher, Molecular Motors: A Theorist's Perspective, Ann. Rev. Phys. Chem. 58, 675 (2007)
[3] E.R. Kay et al, Synthetic Molecular Motors and Mechanical Machines, Angew. Chem., Int. Ed. 46, 72 (2007)
[4] S. Erbas-Cakmak et al, Artificial Molecular Machines, Chem. Rev. 115, 10081 (2015)
[5] R.D. Astumian, Optical vs. Chemical Driving for Molecular Machines, Farad. Discuss. 2016
[6] R.D. Astumian, Artificial Molecular Motors: Running on Information, Nature Nanotechnol. 11, 582 (2016)
[7] M.R. Wilson et al, An Autonomous Chemically Fuelled Small-Molecule Motor, Nature 534, 235 (2016)
[8] U. Seifert, Stochastic Thermodynamics, Fluctuation Theorems and Molecular Machines, Rep. Prog. Phys. 75, 126001 (2012)
[9] A.C. Barato and U. Seifert, Unifying Three Perspectives on Information Processing in Stochastic Thermodynamics, Phys. Rev. Lett. 112, 090601 (2014)
[10] J.M.R. Parrondo, Thermodynamics of Information, Nature Physics 11, 131 (2015)