產(chǎn)電微生物是一類具有特殊呼吸能力的微生物,它們能夠在外界電子受體不進入細胞的情況下,將呼吸鏈延伸到細胞外,并將電子傳遞到胞外受體。研究胞外電子轉(zhuǎn)移(Extracellular Electron Transfer,EET)是發(fā)展環(huán)境修復技術(shù)和新型生物能源技術(shù)的基礎。Geobacter sulfurreducens(GS)是一種具備EET能力的模式產(chǎn)電微生物,可以對被重金屬或核燃料污染的水進行生物修復。GS菌毛具有類金屬樣導電性,被稱之為“納米導線”,且與GS還原三價鐵和其生物修復等生物學功能密切相關(guān),是目前研究的熱點。利用產(chǎn)電微生物將有機物中的化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的設備被稱之為微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)。然而,MFC的低功率限制了其實際應用。確定菌毛細胞外電子轉(zhuǎn)移機制,挖掘限制菌毛導電能力的因素,可大幅度提高MFC的應用性能。導電菌毛屬于纖維狀蛋白多聚體,由于其不溶性、表面附屬物和組裝異質(zhì)性,使用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生物學手段(X射線,核磁共振成像和冷凍電鏡技術(shù))難以獲得導電菌毛全原子結(jié)構(gòu)。導電菌毛結(jié)構(gòu)未知導致研究者對其功能的認知存在很多未知之處,尤其是其胞外電...

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1.產(chǎn)電微生物胞外電子轉(zhuǎn)移的三種潛在機制

物胞外電子轉(zhuǎn)移的三種潛在機制。a，直接接觸的方式，例如細胞色素C毛的方式[12]。料電池料電池（MicrobialFuelCell，MFC）是一種利用微生物將有機物的設備[42,64]。其基本的工作原理就是在陽極室厭氧環(huán)境下，有機解并且釋放出質(zhì)子和電子，電子依靠電子傳遞的....

圖1-2.微生物燃料電池示意圖

1-2.微生物燃料電池示意圖。（A）從左至右依次為陽極室，膜和陰極室。陽極室內(nèi)的生物反應為：產(chǎn)生物氧化乙酸，生成二氧化碳，通過三種潛在的方式（自上而下分別為納米導線、電子介體和直接接觸電極傳遞電子；之后，質(zhì)子通過交換膜從而進入陰極室；陰極室內(nèi)生物反應過程：質(zhì)子和氧氣以及由傳輸?shù)?...

圖1-3.Geobactersulfurreducens菌毛的鏡下結(jié)構(gòu)和四型菌毛的進化樹

圖1-3.Geobactersulfurreducens菌毛的鏡下結(jié)構(gòu)和四型菌毛的進化樹。a，透射電子顯微鏡鏡下的菌毛的結(jié)構(gòu)（箭頭所示）；b，GS菌毛與其他四型菌毛的進化關(guān)系,紅色表示與Geobacter菌毛進化關(guān)系較近的亞基pilA，藍色表示菌毛蛋白，綠色表示假的菌毛....

圖2-1.截斷型和完整型菌毛蛋白的序列比對結(jié)果

圖2-1.截斷型和完整型菌毛蛋白的序列比對結(jié)果。A，完整型菌毛蛋白的示意圖，紅色箭頭是成熟菌毛蛋白的裂解區(qū)域。完整型菌毛蛋白從N端到C端依次是信號肽、保守的跨膜區(qū)、一段α螺旋區(qū)域和C端的球狀區(qū)域。B，截斷型和完整型菌毛蛋白的序列比對結(jié)果，其中e表示電子，芳香環(huán)....

本文編號：4030350