作者:Trevor Douglas 来源:《自然—化学》 发布时间:2015/12/31 11:22:24
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研究发现可将病毒变为氢气

 病毒纳米粒子能产生清洁氢气燃料。图片来源:Ella Marushchenko

活性细胞是组装大师。无论是将DNA塞进细胞核内,还是把生成能量的“机器”装入被称为线粒体的棒状细胞器,这些特有的生物学现象将任务分配到细胞内的专门“隔间”里,从而使不受干涉地开展特定工作变得更加简单。

美国印第安纳州研究人员正在遵循相同策略,将由病毒制成的中空纳米粒子内的酶分离,以产生用作燃料的氢气。这一过程尚未产生可同商业化替代产品竞争的足够氢气。不过,研究人员已将视线投向了旨在廉价产生大量燃料的改善方案。相关成果日前发表于《自然—化学》杂志。

很多不同细菌能产生氢分子,作为自身新陈代谢的燃料来源。它们利用氢化酶做到了这一点。氢化酶是催化质子和电子结合形成氢气分子的蛋白,并且能逆转这一过程,将氢气转变成能被用于为细胞新陈代谢提供能量的质子和电子。

由印第安纳大学布卢明顿分校化学家Trevor Douglas领导的团队从生物学上“隔间”的使用中汲取经验。他们从一种感染沙门氏菌的病毒——P22噬菌体入手。这些病毒会哄骗它们感染的细菌产生由一种外壳蛋白的420个拷贝组成的微小中空球体。它们还会诱导细菌产生帮助指导P22球体组装的第二组蛋白。

Douglas和同事让外壳蛋白保持着基本完好。不过,他们改变了DNA,以产生指导蛋白,并将“楔入”细胞膜的那部分减掉,同时插入一个旨在抓住氢化酶的链接器。当研究人员将其放在一起并利用重新改造的病毒感染沙门氏菌时,新的指导蛋白帮助组装了球体,并且将氢化酶的约100个拷贝插入每个球体内。

氢化酶的严密封装使它们配对形成具有催化活性的复合体,而紧密堆积在一起的外壳蛋白能阻止氧气扩散。随后,研究人员将能扩散进球体中的质子和运载电子的分子掺入溶液中。氢化酶配对很容易将它们转变成氢气。事实上,正如上述团队所报告的,这种设置将氢气产生效率提高了100倍(来源:中国科学报 宗华)

 
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