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Geobacter OmcZ 细丝的结构表明细胞外细胞色素聚合物多次独立进化
摘要 虽然早期的基因和低分辨率结构观察表明，Geobacter 等金属还原生物的细胞外导电丝由 IV 型菌毛组成，但现在已经确定细菌 c 型细胞色素可以聚合形成能够进行长距离电子传输的细胞外丝。有两种这样的细胞色素丝具有原子结构，它们由六血红素细胞色素 OmcS 和四血红素细胞色素 OmcE 形成。由于中心 OmcS 和 OmcE 核心内的血红素包装高度保守，并且亚基之间血红素配位模式相同，因此有人认为这些聚合物具有共同的起源。我们现在使用低温电子显微镜 (cryo-EM) 来确定第三种细胞外丝的结构，它由 Geobacter sulphurreducens 八血红素细胞色素 OmcZ 形成。与来自同一生物体的 OmcS 和 OmcE 中的线性血红素链相比，OmcZ 中的血红素堆积、血红素：血红素角度和亚基间血红素配位截然不同。OmcZ 内的分支血红素排列导致每个亚基中血红素高度暴露在表面，这可能解释了导电生物膜网络的形成，并解释了 OmcZ 细丝测量到的更高电导率。这一新的结构证据表明，导电细胞色素聚合物不止一次独立地从不同的祖先多血红素蛋白中出现。
超高动力微生物细胞色素纳米线产生湿度的功率
混合电子离子导体对于各种技术至关重要，包括在耐用，自我维持的，不受位置或环境1,2的不受限制的方式中从湿度中收获能力。已经提出了50年的混合导体3,4。最近，据称Geobacter Sulfurreducens Pili丝是发电5,6的纳米线。在这里，我们表明该功率是由G.硫核的生产的细胞色素OMCZ纳米线产生的，其电子电导率比Pili 7高20,000倍。非常明显的是，由于定向电荷通过无缝堆叠的Hemes和带电的氢键表面，纳米线显示了超高电子和质子迁移率（> 0.25 cm 2 /vs）。AC阻抗光谱和直流电导率测量，使用四个探针范德布尔和背门效率 - 效应 - 横向器设备表明，湿度会使载流子的迁移率提高30,000倍。冷却将激活能量减半，从而加速电荷传输。电化学测量结果确定将纯电子传导转换为发电的混合传导所需的电压和迁移率。高纵横比（1：1000）和亲水性纳米线表面可有效捕获水分以逆转降低氧气，从而产生巨大的电位（> 0.5 V），以维持高功率。我们的研究建立了一类新的生物合成，低成本和高性能的混合导管，并确定了使用高度可调的电子和蛋白质结构来提高功率输出的关键设计原理。