Funzionamento di macchine (bio)molecolari fuori dall'equilibrio termodinamico

Living organisms rely on molecular machinery able to promote physical-chemical processes and to guarantee internal structural order. Biomolecular machinery, for example the enzyme ATP synthase, operate under non-equilibrium conditions and play a crucial role in maintaining the thermodynamically disfavored state of living matter by extracting energy from the environment.Their functioning relies on ratchet mechanisms which will be discussed in this thesis taking ATP synthase as a biological example. Then it will be shown how the same mechanisms can be exploited also in a synthetic context for the development of artificial molecular machines.

Gli organismi viventi basano la loro esistenza su macchine molecolari in grado di promuovere processi chimico-fisici e per garantire loro un determinato ordine interno. Per questo motivo le macchine biomolecolari, ad esempio l’enzima ATP sintasi, riescono ad operare in condizioni di non-equilibrio, così da mantenere uno stato termodinamico sfavorito, estraendo energia dall’ambiente. Il loro funzionamento si basa su meccanismi di ratchet che saranno discussi in questa tesi, considerando come esempio biologico l’ATP sintasi. Si mostrerà come lo stesso meccanismo possa essere sfruttato anche in un contesto sintetico, per lo sviluppo di macchine molecolari artificiali.