Electron Transfer Mechanism at the Interface of Multi‐Heme Cytochromes and Metal Oxide

电子转移 化学 氧化还原 纳米材料 电子传输链 化学工程 材料科学 纳米技术 光化学 无机化学 生物化学 工程类
作者
Sheng‐Song Yu,Xinyu Zhang,Shijie Yuan,Shenlong Jiang,Qun Zhang,Jie‐Jie Chen,Han‐Qing Yu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (29) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/advs.202302670
摘要

Abstract Electroactive microbial cells have evolved unique extracellular electron transfer to conduct the reactions via redox outer‐membrane (OM) proteins. However, the electron transfer mechanism at the interface of OM proteins and nanomaterial remains unclear. In this study, the mechanism for the electron transfer at biological/inorganic interface is investigated by integrating molecular modeling with electrochemical and spectroscopic measurements. For this purpose, a model system composed of OmcA, a typical OM protein, and the hexagonal tungsten trioxide (h‐WO 3 ) with good biocompatibility is selected. The interfacial electron transfer is dependent mainly on the special molecular configuration of OmcA and the microenvironment of the solvent exposed active center. Also, the apparent electron transfer rate can be tuned by site‐directed mutagenesis at the axial ligand of the active center. Furthermore, the equilibrium state of the OmcA/h‐WO 3 systems suggests that their attachment is attributed to the limited number of residues. The electrochemical analysis of OmcA and its variants reveals that the wild type exhibits the fastest electron transfer rate, and the transient absorption spectroscopy further shows that the axial histidine plays an important role in the interfacial electron transfer process. This study provides a useful approach to promote the site‐directed mutagenesis and nanomaterial design for bioelectrocatalytic applications.
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