微生物导电菌毛的进化、结构和电子传递机制研究

发布时间：2025-02-05 19:42

　　产电微生物是一类具有特殊呼吸能力的微生物,它们能够在外界电子受体不进入细胞的情况下,将呼吸链延伸到细胞外,并将电子传递到胞外受体。研究胞外电子转移(Extracellular Electron Transfer,EET)是发展环境修复技术和新型生物能源技术的基础。Geobacter sulfurreducens(GS)是一种具备EET能力的模式产电微生物,可以对被重金属或核燃料污染的水进行生物修复。GS菌毛具有类金属样导电性,被称之为“纳米导线”,且与GS还原三价铁和其生物修复等生物学功能密切相关,是目前研究的热点。利用产电微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的设备被称之为微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)。然而,MFC的低功率限制了其实际应用。确定菌毛细胞外电子转移机制,挖掘限制菌毛导电能力的因素,可大幅度提高MFC的应用性能。导电菌毛属于纤维状蛋白多聚体,由于其不溶性、表面附属物和组装异质性,使用传统的结构生物学手段(X射线,核磁共振成像和冷冻电镜技术)难以获得导电菌毛全原子结构。导电菌毛结构未知导致研究者对其功能的认知存在很多未知之处,尤其是其胞外电...

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1.产电微生物胞外电子转移的三种潜在机制

物胞外电子转移的三种潜在机制。a，直接接触的方式，例如细胞色素C毛的方式[12]。料电池料电池（MicrobialFuelCell，MFC）是一种利用微生物将有机物的设备[42,64]。其基本的工作原理就是在阳极室厌氧环境下，有机解并且释放出质子和电子，电子依靠电子传递的....

图1-2.微生物燃料电池示意图

1-2.微生物燃料电池示意图。（A）从左至右依次为阳极室，膜和阴极室。阳极室内的生物反应为：产生物氧化乙酸，生成二氧化碳，通过三种潜在的方式（自上而下分别为纳米导线、电子介体和直接接触电极传递电子；之后，质子通过交换膜从而进入阴极室；阴极室内生物反应过程：质子和氧气以及由传输的....

图1-3.Geobactersulfurreducens菌毛的镜下结构和四型菌毛的进化树

图1-3.Geobactersulfurreducens菌毛的镜下结构和四型菌毛的进化树。a，透射电子显微镜镜下的菌毛的结构（箭头所示）；b，GS菌毛与其他四型菌毛的进化关系,红色表示与Geobacter菌毛进化关系较近的亚基pilA，蓝色表示菌毛蛋白，绿色表示假的菌毛....

图2-1.截断型和完整型菌毛蛋白的序列比对结果

图2-1.截断型和完整型菌毛蛋白的序列比对结果。A，完整型菌毛蛋白的示意图，红色箭头是成熟菌毛蛋白的裂解区域。完整型菌毛蛋白从N端到C端依次是信号肽、保守的跨膜区、一段α螺旋区域和C端的球状区域。B，截断型和完整型菌毛蛋白的序列比对结果，其中e表示电子，芳香环....

本文编号：4030350