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一种不溶性铁配合物涂层阴极增强了沼泽红假单胞菌 TIE-1 的直接电子摄取。

An insoluble iron complex coated cathode enhances direct electron uptake by Rhodopseudomonas palustris TIE-1.

机构信息

Department of Biology, Washington University in Saint Louis, St. Louis, MO 63130, USA.

Department of Biology, Washington University in Saint Louis, St. Louis, MO 63130, USA.

出版信息

Bioelectrochemistry. 2018 Aug;122:164-173. doi: 10.1016/j.bioelechem.2018.03.015. Epub 2018 Apr 5.

DOI:10.1016/j.bioelechem.2018.03.015
PMID:29655035
Abstract

Microbial electrosynthesis (MES) is a promising bioelectrochemical approach to produce biochemicals. A previous study showed that Rhodopseudomonas palustris TIE-1 can directly use poised electrodes as electron donors for photoautotrophic growth at cathodic potentials that avoid electrolytic H production (photoelectroautotrophy). To make TIE-1 an effective biocatalyst for MES, we need to improve its electron uptake ability and growth under photoelectroautotrophic conditions. Because TIE-1 interacts with various forms of iron while using it as a source of electrons for photoautotrophy (photoferroautotrophy), we tested the ability of iron-based redox mediators to enhance direct electron uptake. Our data show that soluble iron cannot act as a redox mediator for electron uptake by TIE-1 from a cathode poised at +100mV vs. Standard Hydrogen electrode. We then tested whether an immobilized iron-based redox mediator Prussian blue (PB) can enhance electron uptake by TIE-1. Chronoamperometry indicates that cathodic current uptake by TIE-1 increased from 1.47±0.04 to 5.6±0.09μA/cm (3.8 times). Overall, our data show that immobilized PB can enhance direct electron uptake by TIE-1.

摘要

微生物电合成(MES)是一种很有前途的生物电化学方法,可以用来生产生物化学物质。先前的一项研究表明,沼泽红假单胞菌 TIE-1 可以直接将固定电极用作电子供体,在避免电解 H 产生的阴极电位下进行光自养生长(光电自养)。为了使 TIE-1 成为 MES 的有效生物催化剂,我们需要提高其在光电自养条件下的电子摄取能力和生长能力。由于 TIE-1 在将其用作光自养(光亚铁自养)的电子源时与各种形式的铁相互作用,因此我们测试了铁基氧化还原介体增强直接电子摄取的能力。我们的数据表明,可溶性铁不能作为 TIE-1 从相对于标准氢电极(SHE)为+100mV 电势的阴极摄取电子的氧化还原介体。然后,我们测试了固定化铁基氧化还原介体普鲁士蓝(PB)是否可以增强 TIE-1 的电子摄取。计时安培法表明,TIE-1 对阴极电流的摄取从 1.47±0.04 增加到 5.6±0.09μA/cm(增加了 3.8 倍)。总体而言,我们的数据表明固定化 PB 可以增强 TIE-1 的直接电子摄取。

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