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肽中的皮秒电子转移可以帮助能源技术

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妙手带夫 楼主
发布于 2021-05-11 18:05
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Picosecond electron transfer in peptides can help energy technologies

生物的能量流动,如光合作用和呼吸作用,依赖于电子从一个分子到另一个分子的转移。尽管它对维持生命很重要,但控制电子传递速率的因素,特别是在长距离的电子传递中,还没有被很好地理解,因为调节这种超快过程的系统非常复杂。更好地理解电子传输速率将有助于科学家改进化学转换、能量转换、电子设备和光子技术。

现在,一个由加州大学河滨分校领导的国际研究团队观察到了由肽中的氢键介导的皮秒电荷转移。皮秒是一秒的万亿分之一。作为蛋白质的短链类似物,肽是生命体中至关重要的组成部分,是由化学连接的氨基酸组成的链。这一发现表明了氢键在电子转移中的作用。研究结果发表在 美国国家科学院院刊

Valentine Vullev是加州大学河滨分校马兰和罗斯玛丽·伯恩斯工程学院的生物工程教授,他与波兰科学院的Daniel Gryko和加州理工学院的Harry Gray一道,领导了一个团队,发现了异常快的电子转移从供体到受体分子与延伸到20个共价键的寡肽连接。电子转移通常需要一微秒,或百万分之一秒,在肽与如此长的通过键的距离。

研究人员惊讶地观察到皮秒级的电子转移,比已知的这种系统快100万倍。

“它不应该起作用,但它确实起作用了,”Vullev说。“我们观察到的皮秒电荷转移与结构生物学相矛盾,假设柔性肽链的结构是随机分布的。”

研究小组选择了由短肽连接的供体和受体分子,他们发现这些短肽实际上具有明确的结构,由氢键稳定。进一步分析发现,每个分子中的氢键使供体和受体在蝎子形的分子结构中彼此靠近,从而实现皮秒电子转移。

Vullev说:“这一革命性的设计表明,短肽在被有机成分模板化时,不仅可以假定明确的二级构象,而且还可以提供一个氢键网络,以异常高效的方式介导电子转移。”“我们的工作为沿柔性桥的电荷转移途径的设计和发展提供了前所未有的范例,以及对蛋白质中中介电子转移的结构母题的见解。”

这些发现可能会导致能源储存的进步,也会刺激使用导电聚合物而不是导电矿物的有机电子的发展。

“我们小组工作中最令人兴奋和令人满意的方面之一是处于这类发现的前沿,并观察到这些壮观的结果,”合著者约翰·克拉克(John Clark)说,他是Vullev实验室的博士生,为这项研究做了光化学测量。

论文“分子内氢键在促进氨基酸和寡肽缀合物电子流动中的作用”,


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