Sci Adv：低温氢键重构导致细胞色素提高纳米线电子转移速率

纳米技术

2022-05-16

人们发现蛋白能够作为纳米导体，能够通过隧穿效应实现跨越1-2 nm的电子转移，Geobacter sulfurreducens（硫还原地杆菌）能够实现长达1 微米的传输呼吸电子传输，通过含有聚合细胞色素OmcS的纳米线实现将电子转移到不溶性受体或者相同营养的相邻细胞中。目前人们对这种长程导电性现象仍不理解。

有鉴于此，耶鲁大学Nikhil S. Malvankar等报道，在单个纳米线发现验证了理论预测的电子跃迁导电，导电速率达到>10¹⁰ s^-1，该速率达到人工合成的分子线数量级，而且在微米长度的输送过程中并没有发生载流子损失。

本文要点：

(1)

冷却纳米线处理导致纳米线的导电性提高300倍，这种导电性提高现象在氘代标记后消失。理论计算结果显示，这种冷却导致氢键网络结构显著变化，导致血红素的排列呈更加平面，因此降低还原电极电势，通过Raman光谱和计算模拟进行验证。

(2)

蛋白周围的血红素能够通过温度敏感的转换器感应环境的微扰现象，通过这种设计血红素环境，系统性的调节细胞外呼吸作用。

参考文献

Peter J. Dahl, Sophia M. Yi, Yangqi Gu, Atanu Acharya, Catharine Shipps, Jens Neu, J. Patrick O’Brien, Uriel N. Morzan, Subhajyoti Chaudhuri, Matthew J. Guberman-Pfeffer, Dennis Vu, Sibel Ebru Yalcin, Victor S. Batista, Nikhil S. Malvankar*, A 300-fold conductivity increase in microbial cytochrome nanowires due to temperature-induced restructuring of hydrogen bonding networks, Sci Adv. 2022, 8(19),

DOI: 10.1126/sciadv.abm7193

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm7193