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蛋白质的可移动性使制造微型生物电池成为可能

蛋白质是细胞功能的载体。其中一些蛋白质是向细胞外化学物质传递电子的酶，负责释放新陈代谢产生的多余能量，保持能量在细胞中的流动，从而维持细胞活力。美国能源部西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory，简称PNNL)的研究人员首次在提纯的Shewanella oneidensis细菌外膜蛋白观察到这种电子传输过程。（Shewanella oneidensis细菌的外表类似珍珠粒，大约5nm长，互相纠缠在一起，外面包裹着自身分泌的粘液。）


研究人员发现，Shewanella oneidensis细菌的细胞外膜蛋白质色素A（OmcA）能吸附到赤铁矿上，在其外部形成一层致密的表层。矿物质内的金属起“接收器”功能，接收OmcA传输的每平方厘米数千万亿个电子。这一功能是细胞呼吸作用的体现，在呼吸过程中，细胞依靠蛋白质释放电子以维持稳定的能量流动，防止大量电子积聚伤害机体。


另外，研究人员设计了一种新标记法来分离足够的蛋白质。该标记法还可快速测量蛋白质与金属的结合情况。他们使用荧光相关谱测量和共距焦显微镜技术监测蛋白质，当发现蛋白质正向矿物质传输电子时，就以直接提供电子或者提供NADH的形式向蛋白质供能。该过程会产生一种完全依赖于OmcA是否结合到赤铁矿上的“荧光强度踪迹”，如果结合上了，轨迹明亮，未结合上，轨迹黯淡。


虽然这种新型生物燃料电池发电量不大，持续时间短，仅有几秒钟，但至少与活细菌电池的发电量相当。新型生物燃料电池的电量比较微弱，还不能进入商用，但它为通过分解下水道污物和其他有机废物发电带来了希望。研究人员表示，纯化蛋白质发电能使生物燃料电池变得更小，从而为小型电子设备提供电源。欲了解更多信息，请访问http://www.pnl.gov。