Aunque las proteínas suelen ser eléctricamente aislantes, en la superficie de los filamentos a nanoescala con forma de cabello llamados pili Geobacter las bacterias exhiben una conductividad de tipo metálico. Para comprender por qué los pili son conductores, los científicos de la Universidad de Massachusetts en Amherst, Holy Cross y Brookhaven National Laboratory utilizaron recientemente la difracción de rayos X para analizar la estructura de los filamentos. Descubrieron queLa disposición electrónica y las pequeñas distancias de separación molecular ~ 0.3 nanómetros le dan al pili una conductividad eléctrica comparable a la del cobre.
Estos hallazgos pueden proporcionar retroalimentación útil para estudios que apuntan a la mejora de la conductividad eléctrica de pili a través de la ingeniería genética, que posteriormente podría usarse para construir fuentes de electricidad biológicas de bajo costo, no tóxicas, a nanoescala para electrónica ligera y para biorremediación.
Medición directa de múltiples propiedades físicas de Geobacter sulfurreducens los pili han demostrado que poseen una conductividad similar a la metálica, pero varios estudios han sugerido que la conductividad similar a la metálica es improbable en función de las estructuras del G. Sulfurreducens pilus predicho a partir de modelos de homología. Para evaluar aún más esta discrepancia, se examinaron los pili con microdifracción de rayos X sincrotrón y difracción de rayos X de curva oscilante. Ambas técnicas revelaron un espaciado periódico de 0,32 nm en conductivo, tipo salvaje G. sulfurreducens pili que faltaba en los pili no conductores de la cepa Aro5, que carecen de ácidos aromáticos clave necesarios para la conductividad. La intensidad del pico de 0,32 nm aumentó 100 veces cuando el pH se cambió de 10,5 a 2, lo que corresponde con un informe previamente informadoAumento de 100 veces en la conductividad del pilus con este cambio de pH.
Estos resultados sugieren una clara correlación estructura-función para la conductividad de tipo metálico que puede atribuirse a la superposición de orbitales de aminoácidos aromáticos. Un modelo de homología del G. Sulfurreducens pilus fue construido con a Pseudomonas aeruginosa modelo pilus como plantilla como alternativa a los modelos anteriores, que se basaban en a Neisseria gonorrhoeae estructura pilus. Este modelo alternativo predijo que los aminoácidos aromáticos en G. Sulfurreducens los pili se empaquetan dentro de 0.3 a 0.4 nm, de acuerdo con los resultados experimentales.
Por lo tanto, las predicciones del modelado de homología son muy sensibles a las suposiciones inherentes a la construcción del modelo. Los resultados experimentales aquí presentados respaldan aún más el concepto de que los pili de G. Sulfurreducens representan una nueva clase de proteínas electrónicamente funcionales en las que los aminoácidos aromáticos promueven el transporte de electrones a larga distancia.
El mecanismo para el transporte de electrones de largo alcance a lo largo del pili conductor de G. Sulfurreducens es de interés porque estos "nanocables microbianos" son importantes en el ciclo biogeoquímico, así como en aplicaciones en bioenergía y bioelectrónica. Los estudios presentados aquí proporcionan información estructural importante sobre el mecanismo de la conductividad de tipo metálico G. Sulfurreducens pili. Se espera que esta información sea útil en el diseño de nuevos materiales bioelectrónicos.
Esta investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Naval subvención no. N00014-12-1-0229 y N00014-13-1-0550. La investigación se llevó a cabo en parte en el Centro de Nanomateriales Funcionales, Laboratorio Nacional Brookhaven,que cuenta con el apoyo del Departamento de Energía de los EE. UU., Oficina de Ciencia, Oficina de Ciencias Básicas de la Energía, bajo el contrato no. DE-AC02-98CH10886. Nikhil S. Malvankar tiene un Premio de Carrera en la Interfaz Científica del Burroughs Wellcome Fund.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Departamento de Energía, Oficina de Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :