Brownian ratchet (Brown hareketi mandalı), ısıl dalgalanmalarla rastgele hareket eden mikroskobik parçacıkların, denge dışı bir düzenek veya enerji kaynağı sayesinde yönlü taşınıma katkıda bulunduğu mekanizma ve model ailesidir. Adı, bir yöndeki dönüşü kolaylaştırıp ters yöndeki dönüşü engelleyen dişli-mandal düzenini çağrıştırır. Ancak sistem ısıl dengedeyken yalnızca asimetrik bir düzenek kurmak sürekli yönlü hareket veya iş üretmeye yetmez; ileri ve geri süreçler dengelenir. [1][2]
Fiziksel ilke
Brown hareketi, parçacıkların çevredeki moleküllerin çarpışmalarıyla yaptığı düzensiz hareketi ifade eder. Brownian ratchet modellerinde bu hareket, enerji bariyerinin veya parçacığın karşılaştığı koşulların değişmesiyle yönlü akıma dönüşebilir. Örneğin potansiyelin zamanla değiştirilmesi ya da kimyasal süreçlerin sisteme enerji sağlaması, dengeyi bozarak ileri ve geri adımların eşit olmasını engelleyebilir. Astumian ve Bier’in çalışması, dalgalanan pertürbasyon altındaki Brown hareketli parçacığın net akış oluşturabileceğini ve modelin moleküler motorlarla ilişkisini inceler. [1]
Hücresel süreçler ve modeller
Brown hareketinin yönlü harekete dönüştürülmesi hücresel süreçleri açıklamak için de kullanılır. Peskin, Odell ve Oster’ın modeli, kimyasal tepkimelerin Brown hareketini doğrultarak hücre çıkıntılarının oluşmasına, Listeria bakterisinin ilerlemesine ve proteinlerin taşınmasına katkı sağlayabileceğini ele alır. Bu örnek, her moleküler motorun aynı mekanizmayla çalıştığı anlamına gelmez; Brownian ratchet belirli süreçleri modelleyen bir açıklama çerçevesidir. Kavram, biyofizikte ve denge dışı istatistiksel fizikte rastgele dalgalanmaların nasıl yönlü taşınıma dönüştüğünü incelemeye yarar. [2]