Motor molekuler adalah kumpulan protein dalam lingkungan seluler organisme hidup yang, melalui proses pelipatan dan kimia yang kompleks, dapat melakukan gerakan mekanis untuk berbagai tujuan, seperti untuk mengangkut bahan atau muatan listrik di dalam sitoplasma sel atau mereplikasi DNA dan senyawa lain. . Protein motorik molekuler juga penting untuk kontraksi otot dan tindakan seperti pergerakan bakteri melalui jenis gerakan renang yang digerakkan oleh baling-baling. Kebanyakan motor molekuler alami memperoleh energi kimia untuk gerak dari proses dasar yang sama yang digunakan organisme untuk menghasilkan energi untuk mendukung kehidupan – dengan pemecahan dan sintesis senyawa adenosin trifosfat (ATP).
Meskipun pada tingkat dasar motor molekuler melakukan banyak fungsi yang sama seperti motor elektro-mekanis pada skala manusia makroskopik, mereka beroperasi dalam jenis lingkungan yang jauh berbeda. Sebagian besar aktivitas motorik molekuler terjadi di lingkungan cair yang didorong oleh gaya termal dan secara langsung dipengaruhi oleh gerakan acak molekul di dekatnya, yang dikenal sebagai gerak Brown. Lingkungan organik ini, bersama dengan sifat kompleks pelipatan protein dan reaksi kimia yang diandalkan oleh motor molekuler untuk berfungsi, telah membuat pemahaman tentang perilaku mereka menjadi salah satu yang telah membutuhkan penelitian selama beberapa dekade.
Penelitian nanoteknologi pada skala atomik dan molekuler telah difokuskan pada pengambilan bahan biologis dan pembuatan motor molekuler yang menyerupai motor yang akrab dengan teknik sehari-hari. Contoh yang menonjol dari hal ini adalah motor yang dibuat oleh tim ilmuwan di Boston College of Massachusetts di AS pada tahun 1999 yang terdiri dari 78 atom, dan membutuhkan waktu empat tahun untuk membangunnya. Motor memiliki spindel yang berputar yang akan memakan waktu beberapa jam untuk membuat satu putaran dan dirancang untuk berputar hanya dalam satu arah. Motor molekuler mengandalkan sintesis ATP sebagai sumber energinya dan digunakan sebagai platform penelitian untuk memahami dasar-dasar transisi energi kimia menjadi gerakan mekanis. Penelitian serupa telah diselesaikan oleh ilmuwan Belanda dan Jepang dengan menggunakan karbon untuk menghasilkan motor molekuler sintetik yang ditenagai oleh energi cahaya dan panas, dan upaya baru-baru ini pada tahun 2008 telah mengembangkan metode untuk menciptakan motor yang menghasilkan tingkat torsi rotasi yang berkelanjutan.
Secara biologis, motor molekuler memiliki daftar fungsi dan struktur yang beragam. Motor transportasi utama ditenagai oleh protein miosin, kinesin, dan dynein, dan aktin adalah protein utama yang ada dalam kontraksi otot yang terlihat pada spesies yang beragam seperti alga hingga manusia. Penelitian tentang bagaimana protein ini berfungsi telah menjadi sangat rinci pada tahun 2011 sehingga sekarang diketahui bahwa, untuk setiap molekul ATP yang dikonsumsi oleh molekul kinesin sepanjang 50 nanometer, ia mampu memindahkan muatan kimia sejauh 8 nanometer dalam sebuah sel. Kinesin juga dikenal 50% efisien dalam mengubah energi kimia menjadi energi mekanik dan mampu menghasilkan tenaga 15 kali lebih besar untuk ukurannya daripada mesin bensin standar.
Myosin dikenal sebagai motor molekuler terkecil, namun sangat penting untuk kontraksi otot, dan suatu bentuk ATP yang disebut ATP sintase juga merupakan motor molekuler yang digunakan untuk membangun adenosin difosfat (ADP) untuk penyimpanan energi sebagai ATP. Mungkin motor molekuler alami paling luar biasa yang ditemukan pada 2011, bagaimanapun, adalah motor yang menggerakkan pergerakan bakteri. Sebuah proyeksi seperti rambut di bagian belakang bakteri yang disebut flagel berputar dengan gerakan didorong baling-baling yang, jika ditingkatkan ke tingkat manusia motor sehari-hari, akan menjadi 45 kali lebih kuat daripada mesin bensin rata-rata.