Photosynthesis of Acetate by Sporomusa ovata–CdS Biohybrid System

人工光合作用 格式化 甲酸脱氢酶 光合作用 固碳 二氧化碳 材料科学 生物化学 化学 有机化学 光催化 催化作用
作者
Ying He,Shurong Wang,Xinyue Han,Jiayuan Shen,Yanwei Lu,Jinzhi Zhao,Chengpin Shen,Liang Qiao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (20): 23364-23374 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acsami.2c01918
摘要

Sporomusa ovata, a typical electroautotrophic microorganism, has been utilized in bioelectrosynthesis for carbon dioxide fixation to multicarbon organic chemicals. However, additional photovoltaic devices are normally needed to convert photo energy to electric energy to power the carbon dioxide fixation, which restricts the overall energy conversion efficiency. Herein, we report Sporomusa ovata–CdS biohybrids for artificial photosynthesis driven by light without any other power source. The quantum yield can reach 16.8 ± 9%, and the active duration time of the system can last for 5 days. During the artificial photosynthesis, carbon dioxide is first reduced to formate and finally converted to acetate via the Wood–Ljungdahl pathway. The carbon dioxide fixation, electron transfer, energy metabolism, and reactive oxygen species damage repair processes in the biohybrid system were characterized by proteomic analysis. Key enzymes, e.g., flavoprotein, ferredoxin, formate-tetrahydrofolate ligase, 5-methyltetrahydrofolate:corrinoid iron–sulfur protein methyltransferase, thioredoxin, and rubrerythrin, were found up-regulated in the biohybrid system. The findings are helpful in understanding the mechanism of the artificial photosynthesis and useful for the development of new biohybrid systems using genetically engineered microbes in the future. The study is expected to boost the development of bioabiotic hybrid system in solar energy harvest.
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