分类
密歇根州立大学新闻

用细菌的部分来驯服电子

电子在生物学中很难确定。学习如何利用电子不是一件容易的事,因为当电子运动时,它们就是为生命提供动力的电。

电子为燃料和药品的生产提供动力。光合作用是我们食物和燃烧的主要来源。移动的电子是电流的定义,这就是为什么你可以读这个故事。

在一项新的研究中,密歇根州立大学-美国能源部植物研究实验室的科学家们报告了一种新的合成系统,它可以引导电子长距离转移。新系统由两个来自大自然的部分组成。一种是来自细菌的蛋白质,另一种是血液中的分子。

大自然已经找到了驯服电子的方法。诀窍是把他们的旅程分成更容易管理的短期进站。当电子被引导到某个最终目的地时,它们会在各站之间跳跃。

其中一个天然的停止点是血红素,一种含有铁的分子。它是我们血液的颜色来源,在许多其他生物分子中也有发现。

“在自然界中,多个血红素必须被精确定位和倾斜,以允许快速的电子跃迁。这些血红素是通过附着在蛋白质结构上而固定的。否则,如果血红素之间的距离变得太大,电子就会失去控制。这是输了。”

由于血红素存在于几乎所有的生物中,它们可以与多种蛋白质结合。科学团队使用来自细菌的蛋白质BMC-H来建造他们的人工电子站。

研究小组确定了血红素可以进入的四个可能的位置。特别是螺旋区是最有希望的寄主区。

“我们不需要对BMC-H蛋白进行太多的修饰,”黄说。“只需要三个氨基酸的替换,我们就可以得到一个与之紧密结合的血红素。因为这种修饰是最小的,所以蛋白质的形状和功能保持不变。”

科学家们已经成功地制造出了这些更大的带有亚铁血红素的结构。此外,它们可以在细菌细胞内产生,这节省了资源。

“我们想把这个系统优化成一个功能性的纳米线,”黄说。“总有一天,它会引导电子为新药物、生物燃料或生物黏液制成的电子设备的生产提供动力;可能性是无限的。”

“令人兴奋的是,我们利用了大自然已经发现的东西:我们提取了一种蛋白质,它可以自我组装成大型结构,但不会与血红素结合,我们将其功能化,使其成为宿主,”黄说。否则,如果我们从头开始创建一个系统,就会增加额外的难度。这就是合成生物学的本质,提取天然成分,然后以新的、看不见的方式重新配置它们。”

这项研究发表在《生物工程与生物技术前沿》杂志上。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://msutoday.msu.edu/news/2020/taming-electrons-with-bacteria-parts/