Molekylära motorer är sammansättningar av proteiner inom cellmiljön hos levande organismer som genom komplexa veckning och kemiska processer kan utföra mekaniska rörelser för olika ändamål, såsom att transportera material eller elektriska laddningar i cytoplasman i en cell eller replikera DNA och andra föreningar. . Molekylära motorproteiner är också grundläggande för muskelsammandragningar och handlingar som förflyttning av bakterier genom en typ av propellerdrivna simrörelser. De flesta naturliga molekylära motorer hämtar kemisk energi för rörelse från samma grundläggande process som organismer använder för att producera energi för livsuppehållande – genom nedbrytning och syntes av föreningen adenosintrifosfat (ATP).
Även om molekylära motorer på en grundläggande nivå utför många av samma funktioner som elektromekaniska motorer i makroskopisk mänsklig skala, fungerar de i en mycket annan typ av miljö. Den mesta molekylära motoriska aktiviteten äger rum i en flytande miljö som drivs av termiska krafter och direkt påverkas av den slumpmässiga rörelsen av närliggande molekyler, känd som Brownsk rörelse. Denna organiska miljö, tillsammans med den komplexa naturen hos proteinveckning och kemiska reaktioner som en molekylär motor förlitar sig på för att fungera, har gjort att förståelsen av deras beteende har tagit årtionden av forskning.
Forskning inom nanoteknik på atomär och molekylär skala har fokuserat på att ta biologiska material och tillverka molekylära motorer som liknar de motorer som vardagstekniken är bekant med. Ett framträdande exempel på detta var en motor som konstruerades av ett team av forskare vid Boston College of Massachusetts i USA 1999 som bestod av 78 atomer och som tog fyra års arbete att konstruera. Motorn hade en roterande spindel som skulle ta flera timmar att göra ett varv och var designad att rotera i endast en riktning. Den molekylära motorn förlitade sig på ATP-syntes som sin energikälla och användes som en forskningsplattform för att förstå grunderna för att omvandla kemisk energi till mekanisk rörelse. Liknande forskning har sedan dess slutförts av holländska och japanska forskare som använder kol för att producera syntetiska molekylära motorer som drivs av ljus- och värmeenergi, och nya försök från och med 2008 har utvecklat en metod för att skapa en motor som producerar en kontinuerlig nivå av roterande vridmoment.
Biologiskt har molekylära motorer en mångsidig lista över funktioner och strukturer. De viktigaste transportmotorerna drivs av proteinerna myosin, kinesin och dynein, och aktin är det huvudsakliga proteinet som finns i muskelsammandragningar som ses hos arter så olika som alger för människor. Forskningen om hur dessa proteiner fungerar har blivit så detaljerad från och med 2011 att det nu är känt att för varje molekyl av ATP som en 50 nanometer lång molekyl av kinesin förbrukar, kan den flytta kemisk last ett avstånd av 8 nanometer inom en cell. Kinesin är också känt för att vara 50% effektivt för att omvandla kemisk energi till mekanisk energi och kan producera 15 gånger mer kraft för sin storlek än en vanlig bensinmotor skulle kunna.
Myosin är känt för att vara den minsta av molekylära motorer, men det är viktigt för muskelsammandragningar, och en form av ATP som kallas ATP-syntas är också en molekylär motor som används för att bygga upp adenosindifosfat (ADP) för energilagring som ATP. Den kanske mest anmärkningsvärda naturliga molekylära motorn som upptäcktes 2011 är dock den som driver bakteriers rörelse. En hårliknande projektion på baksidan av en bakterie som kallas ett flagellum snurrar med en propellerdriven rörelse som, om den skalas upp till den mänskliga nivån för vardagliga motorer, skulle vara 45 gånger kraftfullare än en genomsnittlig bensinmotor.