Биологический нанопровод передает электричество на большие расстояния

Электрический нанопровод потребуется, чтобы производить лекарства или биотопливо, или электронные устройства из биогаза: возможности безграничны

В биологии электроны сложно исследовать. Однако научиться управлять электронами надо, потому что они создают электричество, которое питает жизнь. Электроны участвуют в производстве топлива и лекарств. Движение электронов лежит в основе фотосинтеза - основного источника пищи и топлива в природе.

Когда в биохимических реакциях преобразуется энергия, необходимо, чтобы электроны перемещались с помощью белковых окислительно-восстановительных носителей. Это происходит, когда донорно-акцепторные пары располагаются тесно друг к другу, и точного контролируется интенсивность окислительно-восстановительного процесса. Одним из примеров является цепь, по которой движутся электроны в реакционном центре, где протекает фотосинтез.

В своей работе ученые из Исследовательской лаборатории растений MSU-DOE сообщают о новой синтетической системе, в которой электроны перемещаются на большие расстояния. Она состоит из двух природных компонентов. Один - это белок, полученный из бактерий, а другой - молекула, найденная в крови животных.

Природа умеет управлять электронами. Хитрость заключается в том, чтобы разделить их путь на короткие отрезки, которые легче контролировать. Далее эти отрезки соединяются и выстраивается полный маршрут электронов до конечной точки. Отрезки формируются, например, с помощью молекулы гем, содержащей железо. Железо придает крови характерный цвет, и оно присутствует во многих других биологических соединениях.

«В природе гемы располагаются под определенным углом. Гемы фиксируются в нужном положении, прикрепляясь к белковым структурам». «В противном случае, если расстояние между гемами изменится, электрон выйдет из-под контроля: он будет потерян».

Поскольку гемы имеются практически у всех живых существ, они сочетаются со множеством типов белков. Научная группа использовала белок BMC-H, полученный из бактерий, чтобы искусственно создать электронные отрезки. «Сильно модифицировать белок BMC-H не пришлось». «Поскольку модификация минимальна, форма и функции белка остаются неизменными».

Ученые создали большие структуры с прикрепленными гемами. Эти структуры можно производить прямо внутри клеток бактерий, экономя ресурсы. «Есть стремление преобразовать эту систему в функциональный нанопровод, и когда-нибудь производить лекарства или биотопливо, или электронные устройства из биогаза: возможности безграничны».

Связанная статья журнала в Frontiers in Bioengineering and Biotechnology: https://doi.org/10.3389/fbioe.2019.00432

Источник: MSUTODAY