蛋白質(zhì)的可移動(dòng)性使制造微型生物電池成為可能

    蛋白質(zhì)是細(xì)胞功能的載體。其中一些蛋白質(zhì)是向細(xì)胞外化學(xué)物質(zhì)傳遞電子的酶，負(fù)責(zé)釋放新陳代謝產(chǎn)生的多余能量，保持能量在細(xì)胞中的流動(dòng)，從而維持細(xì)胞活力。美國(guó)能源部西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Pacific Northwest National Laboratory，簡(jiǎn)稱PNNL)的研究人員首次在提純的Shewanella oneidensis細(xì)菌外膜蛋白觀察到這種電子傳輸過程。（Shewanella oneidensis細(xì)菌的外表類似珍珠粒，大約5nm長(zhǎng)，互相糾纏在一起，外面包裹著自身分泌的粘液。）

    研究人員發(fā)現(xiàn)，Shewanella oneidensis細(xì)菌的細(xì)胞外膜蛋白質(zhì)色素A（OmcA）能吸附到赤鐵礦上，在其外部形成一層致密的表層。礦物質(zhì)內(nèi)的金屬起“接收器”功能，接收OmcA傳輸?shù)拿科椒嚼迕讛?shù)千萬(wàn)億個(gè)電子。這一功能是細(xì)胞呼吸作用的體現(xiàn)，在呼吸過程中，細(xì)胞依靠蛋白質(zhì)釋放電子以維持穩(wěn)定的能量流動(dòng)，防止大量電子積聚傷害機(jī)體。

     另外，研究人員設(shè)計(jì)了一種新標(biāo)記法來分離足夠的蛋白質(zhì)。該標(biāo)記法還可快速測(cè)量蛋白質(zhì)與金屬的結(jié)合情況。他們使用熒光相關(guān)譜測(cè)量和共距焦顯微鏡技術(shù)監(jiān)測(cè)蛋白質(zhì)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)正向礦物質(zhì)傳輸電子時(shí)，就以直接提供電子或者提供NADH的形式向蛋白質(zhì)供能。該過程會(huì)產(chǎn)生一種完全依賴于OmcA是否結(jié)合到赤鐵礦上的“熒光強(qiáng)度蹤跡”，如果結(jié)合上了，軌跡明亮，未結(jié)合上，軌跡黯淡。

     雖然這種新型生物燃料電池發(fā)電量不大，持續(xù)時(shí)間短，僅有幾秒鐘，但至少與活細(xì)菌電池的發(fā)電量相當(dāng)。新型生物燃料電池的電量比較微弱，還不能進(jìn)入商用，但它為通過分解下水道污物和其他有機(jī)廢物發(fā)電帶來了希望。研究人員表示，純化蛋白質(zhì)發(fā)電能使生物燃料電池變得更小，從而為小型電子設(shè)備提供電源|穩(wěn)壓器。