通过弗拉减少酶和持久性自由基之间的电子转移增强的Cr (VI) 生物还原
Cheng Yu1, Yassine Riahi1, Qian Wang1
1College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan, 430070, PR China.
生物炭中的持久性自由基 (PFR) 显著增强了微生物对像Cr6这样的重金属的降解. 这些PFR充当电子穿器,与其他机制相比,将生物修复过程加速90%以上.
科学领域:
- 环境微生物学 环境微生物学
- 生物地质化学生物地质化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 生物炭中的持久性自由基 (PFR) 对于生物地球化学氧化还原反应中的电子转移至关重要.
- 通过PFRs促进细胞外电子转移 (EET) 的分子机制尚不清楚.
- 生物炭在增强微生物氧化还原过程,特别是重金属还原中的作用得到了广泛的研究.
研究的目的:
- 研究以氧为中心的PFRs在生物炭中对Shewanella oneidensis MR-1的Cr(VI) 减少的作用.
- 阐明在Cr(VI) 生物还原过程中,弗拉和PFR之间电子转移的分子机制.
- 量化PFRs对微生物重金属修复中的细胞外电子转移的贡献.
主要方法:
- 使用Shewanella oneidensis MR-1和生物炭进行Cr (VI) 减少实验.
- 采用电化学技术来测量生物电流的产生.
- 使用3D-EEM和LC/MS分析分泌的黄素.
- 使用电子偏磁共振 (EPR) 光谱学特征PFR和电子转移.
- 进行了对突变菌株的实验,以区分电子转移途径.
主要成果:
- 添加生物炭增加了Cr (VI) 的生物还原率,从31%提高到70%.
- 电化学分析显示,在Cr (VI) 减少过程中,生物炭增强生物电流的产生.
- 在MR-1中分泌着flavin mononucleotide (FMN) 减少酶,它将电子转移到生物炭PFR中.
- PFRs从FMN还原酶接受电子,产生细胞外超氧化激素 (·O2-),加速Cr (VI) 的减少.
- 自由基介导的ETE占Cr (VI) 生物还原的92.9%,明显高于c-cytochrome (7.1%).
结论:
- 生物炭中的持久性自由基在调解Cr (VI) 生物还原的细胞外电子转移方面发挥着主导作用.
- 该机制涉及从微生物黄蛋白转移到生物炭PFR的电子,从而增强了氧化还原循环.
- 这项研究提供了一种新的重金属污染补救策略,通过利用生物炭中的PFR进行微生物辅助的环境清洁.
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