lkitross (в ФБ) узнал о белковых нанопроводах.Бактерии рода Geobacter живут в почве и участвуют в разложении органических остатков. В почве анаэробные условия, и при отсутствии кислорода бактерии используют другие акцепторы электронов - среди прочего, нерастворимые частицы оксида железа (III).
Но с нераствотимыми частицами проблема: чтобы передать на такую частицу электрон, надо ее физически касаться, а она не находится в растворе, а лежит где-то в одном месте.
У многих бактерий на поверхности есть пили (pilus=волосок, мн. pili) - самособирающиеся белковые структуры, использываемые, как правило, для адгезии бактерий. У нормальных бактерий пили состоят из нескольких разных белков.
У Geobacter белок пилей - пилин - сильно у корочен, от него остался только коротенький обрывок в ~60 аминокислот.
Слева - структура "классического" пилина из другой бактерии, справа - пилин из Geobacter, представляющий собой только небольшой кусочек из первой молекулы. Классический пример создания новой функции из подручных средств.
Он легко собитается в очень простую структуру толщиной 3 нм, очень богатую ароматическими аминокислотами - тирозином и фенилаланином. Плотность их вдоль пиля такая, что они практически касаются друг друга, создавая вдоль всего пиля туннель из π-орбиталей. Поэтому такой пиль проводит электрический ток практически так же, как графит.
Слева: молекулы пилина собираются в общую структуру. Одна молекула обозначена оранжевым. Справа - ароматические аминокислоты в составе собранной структуры.
Слева - электронная фотография бактерий Геобацтер. Видны тоненькие пили. Справа - очищенный препарат пилей.
В результате бактерия может находиться на некотором расстоянии от кусочка оксида железа - до нескольких микрон, но прикасаться к оксиду железа своим пилем и через него передавать электроны. Более того, бактерия может прикасаться не к оксиду железа, а к другой бактерии, а та - к третьей, и только те, которые находятся рядом с кусочком оксида железа - непосредственно с ним. В результате получается целый слой бактерий - биофильм, который благодаря пилям проводит электрический ток, и тем самым весь биофильм, как единое целое, передает электроны на кусочек оксида железа.
Все картинки - из этой статьи.