Eiweiße transportieren, DNA-Ketten verknüpfen oder Zellantworten schalten: Ganz schön vielfältig sind die Aufgaben, die molekulare Motoren bewerkstelligen – und das trotz ihrer winzigen Größe von nur wenigen Nanometern. Tausende von ihnen sind in jeder einzelnen Zelle aktiv, ein geschäftiges Treiben, das dem menschlichen Auge normalerweise verborgen bleibt. Doch dank Präzisionsmethoden wie der Kristallstrukturanalyse erlangen Wissenschaftler immer neue Einblicke in die Struktur und Funktion der zellulären Komponenten.

Der australische biomedizinische Animator Drew Berry vom Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research nutzte sie als Grundlage für seine realitätsgetreuen Animationen, die das wundersame Geschehen im Zellinneren zeigen. Eben diese beeindruckenden Tricksequenzen illustrieren das sehenswerte Video auf dem beliebten YouTube-Kanal Veritasium. Primär geht es darin um die Maschinerie der Zellkernteilung, der Mitose, bei der die molekularen Maschinen am Werk sind.

Einziger Kritikpunkt am Video: Vielleicht hätte es genauer definieren können, was unter einer molekularen Maschine zu verstehen ist. Es handelt sich nämlich um eine chemische Verbindung, die in der Lage ist, mechanische Arbeit zu verrichten. So sind molekulare Maschinen zum Beispiel dann am Start, wenn ein Stoff in der Zelle von einem Ort zum anderen transportiert werden muss. Die Motoren sind dabei unverzichtbar: Würde sich ein Eiweißmolekül nur passiv – durch Diffusion – bewegen, bräuchte es etwa vier Tage, um die Zelle zu durchqueren. Die Motormoleküle schaffen den Transport quer durch die Zelle in nur etwa zehn Sekunden. Die dafür nötige Energie bekommen die molekularen Maschinen in Zellen meist durch die Spaltung des energiereichen Stoffs ATP (Adenosintriphosphat) bereitgestellt.

Mit einer Aussage überrascht das Video: Die Maschine, die DNA auftrennt, genannt Helikase, drehe sich so schnell wie das Düsentriebwerk eines Flugzeugs. Kann das überhaupt sein? Tatsächlich entwindet und trennt die Helikase bis zu 1000 DNA-Basen pro Sekunde. Eine Windung der DNA-Doppelhelix besteht aus etwa 10 Basenpaaren  – die Helikase schafft also offensichtlich 100 Umdrehungen pro Sekunde bzw. 6000 rpm, Umdrehungen in der Minute. Der Düsenantrieb eines Großflugzeugs erreicht tatsächlich eine kaum höhere Drehgeschwindigkeit, nämlich 10 000 rpm. Allerdings wird hier betrachtet, wie schnell sich ein Winkel mit der Zeit um eine Achse ändert. Die Enden der Turbinenarme erreichen dennoch Höchstgeschwindigkeiten, die in der Nanowelt undenkbar wären!

Mittlerweile ahmt der Mensch diese Errungenschaft der Natur nach. Im Jahr 2016 wurde Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart und Bernard L. Feringa der Nobelpreis für Chemie verliehen – und zwar für den Entwurf und die Herstellung von künstlichen molekularen Maschinen. Bis sie so vielseitig und langlebig sind wie die Nanomaschinen der Natur, wird es sicher noch einige Jahrzehnte dauern!