广东省生态环境技术研究所

省生态环境技术所在赤铁矿导带介导蛋白与亚铁间电子传递机制方面研究取得进展

时间:2020-03-20 文本大小:【 |  | 】  【打印

铁锰等矿物由于其独特的半导体性质,在光催化的能源与环境领域已有广泛研究,这些矿物在无光无氧的条件下,也是微生物胞外电子传递的重要电子受体。近期研究表明,这些矿物同时也能够作为电子传递的介体,增强微生物远距离的电子传输。然而,这些矿物具体通过何种机制介导微生物的电子转移,目前尚不清晰。此外,由于半导体矿物的表面反应与体相反应同时发生,导致半导体体相传导电子的证据难以获取。

基于此,省科学院生态环境技术所李芳柏研究员团队与刘同旭研究员团队开展联合攻关,采用模式亚铁氧化蛋白与赤铁矿构建模拟体系,通过研究界面和体相的动力学与热力学,揭示了矿物半导体导带在介导电子转移过程中的作用。本研究提出了在厌氧无光的条件下,赤铁矿导带介导亚铁与细胞色素c间的电子传递机制,反应机制如图所示。赤铁矿表面吸附Fe(II)c-Cyts导致了其具有不同的表面电子密度,从而形成一个自建电场,进一步促进了表面吸附Fe(II)的电子经由赤铁矿导带到达c-Cyts的电子转移过程。本研究结果在动力学及热力学方面证实了在无光厌氧条件下矿物导带能级介导的电子传递途径,为自然体系中矿物在微生物亚铁氧化过程的作用研究提供了新视角。

 

该工作发表在环境领域顶级杂志Environmental Science & Technology上,题为“Conduction Band of Hematite Can Mediate Cytochrome Reduction by Fe(II) Under Dark and Anoxic Conditions”(DOI: 10.1021/acs.est.9b06141),入选了SupplementaryCover

(曾环娜、刘静/供稿) 

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