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      細(xì)菌毛發(fā)制成優(yōu)良的電線
      
			
      
				2019-01-21 15:12:32
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      雖然蛋白質(zhì)通常是電絕緣的，但是在Geobacter細(xì)菌表面上的毛狀納米級細(xì)絲(稱為菌毛)表現(xiàn)出金屬樣導(dǎo)電性。為了理解為什么菌毛具有導(dǎo)電性，馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校，圣十字學(xué)院和布魯克海文國家實驗室的科學(xué)家們最近使用X射線衍射分析了細(xì)絲的結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)電子排列和小分子間距(約0.3納米)使菌毛的導(dǎo)電率與銅相當(dāng)。
      

      細(xì)菌毛發(fā)制成優(yōu)良的電線
      

      這些研究結(jié)果可為通過基因工程提高菌毛電導(dǎo)率的研究提供有用的反饋，隨后可用于構(gòu)建輕型電子和生物修復(fù)的低成本，無毒，納米級生物電源。
      

      直接測量Geobacter sulfurreducens菌毛的多種物理性質(zhì)已經(jīng)證明它們具有金屬樣導(dǎo)電性但是，一些研究表明，基于同源模型預(yù)測的G. sulfurreducens菌毛的結(jié)構(gòu)，金屬樣電導(dǎo)率不太可能。為了進(jìn)一步評估這種差異，用同步加速器X射線微衍射和搖擺曲線X射線衍射檢查菌毛。兩種技術(shù)都顯示出導(dǎo)電的野生型G. sulfurreducens菌毛周期性的0.32nm間距，在菌株Aro5的非導(dǎo)電菌毛中缺失，缺乏導(dǎo)電性所需的關(guān)鍵芳香酸。當(dāng)pH從10.5變?yōu)?時，0.32nm峰的強度增加100倍，對應(yīng)于先前報道的這種pH變化的菌毛傳導(dǎo)率增加100倍。
      

      這些結(jié)果表明金屬樣導(dǎo)電性的結(jié)構(gòu) - 功能相關(guān)性明顯，這可歸因于芳香族氨基酸的重疊軌道。以銅綠假單胞菌菌毛模型為模板構(gòu)建G. sulfurreducens菌毛的同源模型，作為先前模型的替代，其基于淋病奈瑟氏菌菌毛結(jié)構(gòu)。該替代模型預(yù)測G. sulfurreducens菌毛中的芳香族氨基酸填充在0.3至0.4nm內(nèi)，與實驗結(jié)果一致。因此，同源建模的預(yù)測對模型構(gòu)建中固有的假設(shè)高度敏感。這里報道的實驗結(jié)果進(jìn)一步支持了G. sulfurreducens菌毛代表一類新的電子功能蛋白質(zhì)的概念，其中芳香族氨基酸促進(jìn)長距離電子傳遞。
      

      由于這些“微生物納米線”在生物地球化學(xué)循環(huán)以及生物能和生物電子學(xué)中的應(yīng)用中是重要的，因此沿著G. sulfurreducens的導(dǎo)電菌毛進(jìn)行遠(yuǎn)程電子傳輸?shù)臋C(jī)制是令人感興趣的。這里報道的研究為G. sulfurreducens菌毛的金屬樣電導(dǎo)率的機(jī)制提供了重要的結(jié)構(gòu)見解。該信息有望用于新型生物電子材料的設(shè)計。
      
			

			
        
      
			
      
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