《鐵氧化菌細胞色素c蛋白與含鐵礦物的電子傳遞機理研究》是依託北京大學，由劉娟擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鐵氧化菌細胞色素c蛋白與含鐵礦物的電子傳遞機理研究
- 項目負責人：劉娟
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
含鐵礦物的微生物氧化在鐵的地質循環，生物體新陳代謝以及污染物的轉化與遷移中都起著重要的作用。本項目擬通過天然鐵氧化菌Sideroxydans lithotrophicus ES-1中驅動電子轉移的關鍵細胞色素c蛋白MtoA和不同含鐵礦物納米顆粒之間的反應動力學研究，結合先進的納米技術、分子生物學技術以及現代礦物學表征方法，揭示細胞色素c 蛋白在鐵細菌-礦物界面電子轉移中的作用。比較在溶解態、吸附態和結構態三種賦存狀態下，Fe(II)和MtoA之間氧化還原速度的差異；系統分析水體的pH值、離子強度、有機質濃度等化學性質對離子的表面吸附以及電子轉移效率的影響；闡述含鐵礦物的晶相、粒徑、形態、聚集狀態等礦物學特徵與其微生物氧化速度之間的關係。從分子水平上探討鐵細菌氧化含鐵礦物的反應機理，為揭示鐵細菌在生物地球化學過程中的作用和開發鐵細菌在水環境修復中的套用提供科學依據。
結題摘要
鐵元素作為地表環境中重要的變價金屬元素，不僅是微生物必需的營養元素，也是微生物胞外呼吸作用中常見的終端電子受體/供體。鐵氧化物以不同的礦物相廣泛存在於土壤、水體、沉積物和大氣中。含鐵礦物與微生物界面的電子傳遞過程對於碳和鐵元素的生物地球化學循環，微生物群落結構變化、以及污染物的轉化與遷移都起著重要的作用。本項目利用希瓦氏菌中跨膜電子傳遞鏈的關鍵細胞色素c蛋白OmcA，從分子水平研究鐵還原菌和具有不同礦物學性質的鐵氧化物礦物顆粒之間的電子傳遞機制和控制因素。研究結合了納米合成技術、分子生物學技術、合成生物學技術、以及先進的光譜學和顯微學技術，對微生物-礦物界面直接電子傳遞模式進行了細緻地刻畫。建立了鐵氧化物礦物顆粒粒徑、顆粒表面性質、氧化-還原電位、光照、以及水環境的pH 值、離子強度、有機質濃度等性質與細胞色素c 蛋白/微生物-鐵氧化物礦物界面電子傳遞速率之間的定量關係。揭示了胞外分泌的OmcA能夠顯著影響鐵氧化物顆粒的團聚狀態，從而改變礦物顆粒在地表水環境中的分散狀態、表面活性位點濃度、以及和蛋白質分子或微生物之間電子傳遞效率的機制。闡明了天然地表環境中，光照激發半導體鐵氧化物礦物-微生物的協同作用，促進元素循環和物質轉化的新機制。在微生物共生體系中，磁鐵礦表面附著的天然有機物或含矽礦物能夠顯著地影響磁鐵礦介導兩種不同種微生物之間的電子傳遞的能力，介導電子傳遞的效率主要受控於礦物表面性質的差異。研究結果為系統認識地表環境中微生物-礦物界面電子傳遞的分子機制以及相關的元素地球化學循環過程提供了理論依據，也為揭示鐵細菌在生物地球化學過程中的作用和開發鐵細菌在水環境修復中的套用提供了科學依據。
