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细菌毛发制成优良的电线

发布时间:2021年12月15日    点击:[0]人次

虽然蛋白质通常是电绝缘的,但是在geobacter细菌表面上的毛状纳米级细丝(称为菌毛)表现出金属样导电性。为了理解为什么菌毛具有导电性,马萨诸塞大学阿默斯特分校,圣十字学院和布鲁克海文国家实验室的科学家们最近使用x射线衍射分析了细丝的结构。他们发现电子排列和小分子间距(约0.3纳米)使菌毛的导电率与铜相当。

这些研究结果可为通过基因工程提高菌毛电导率的研究提供有用的反馈,随后可用于构建轻型电子和生物修复的低成本,无毒,纳米级生物电源。

直接测量geobacter sulfurreducens菌毛的多种物理性质已经证明它们具有金属样导电性但是,一些研究表明,基于同源模型预测的g. sulfurreducens菌毛的结构,金属样电导率不太可能。为了进一步评估这种差异,用同步加速器x射线微衍射和摇摆曲线x射线衍射检查菌毛。两种技术都显示出导电的野生型g. sulfurreducens菌毛周期性的0.32nm间距,在菌株aro5的非导电菌毛中缺失,缺乏导电性所需的关键芳香酸。当ph从10.5变为2时,0.32nm峰的强度增加100倍,对应于先前报道的这种ph变化的菌毛传导率增加100倍。

这些结果表明金属样导电性的结构 - 功能相关性明显,这可归因于芳香族氨基酸的重叠轨道。以铜绿假单胞菌菌毛模型为模板构建g. sulfurreducens菌毛的同源模型,作为先前模型的替代,其基于淋病奈瑟氏菌菌毛结构。该替代模型预测g. sulfurreducens菌毛中的芳香族氨基酸填充在0.3至0.4nm内,与实验结果一致。因此,同源建模的预测对模型构建中固有的假设高度敏感。这里报道的实验结果进一步支持了g. sulfurreducens菌毛代表一类新的电子功能蛋白质的概念,其中芳香族氨基酸促进长距离电子传递。

由于这些“微生物纳米线”在生物地球化学循环以及生物能和生物电子学中的应用中是重要的,因此沿着g. sulfurreducens的导电菌毛进行远程电子传输的机制是令人感兴趣的。这里报道的研究为g. sulfurreducens菌毛的金属样电导率的机制提供了重要的结构见解。该信息有望用于新型生物电子材料的设计。

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