调查细胞色素线束 OmcS 中的电子导电性 regimes
材料科学
2025-12-08 v1
摘要
厌氧细菌 Geobacter sulfurreducens 产生外源电子导电性细胞色素聚合物线束，可在微米尺度上导电。冷冻电子显微镜数据结构模型显示，OmcS 线束沿蛋白线轴形成一串heme，据此提议作为支撑其电子属性的结构基础。许多多heme c 型细胞色素和其他近期发现的微生物细胞色素线束中，heme 的几何排列是保守的。然而，这种heme分子排列如何支持蛋白质内的电子输运以及超分子heme线束的电子输运机制尚不清楚。本文我们考察 OmcS 中的势能、间-hemie耦合以及远程电子导电性。我们提出一种从 Kohn-Sham 密度泛函理论中直接提取电荷载子势能信息的方法，无需采用投影方案。我们表明，势能和耦合能对间-hemie几何和周围静电环境的变化极其敏感，这正如预期的那样。这些参数作为量子电荷载子模型的输入，包括去相干校正，我们预测其扩散系数与其他有机基电子材料相当。基于这些模拟，我们提议动态无序，特别是由于间-hemie振动的扰动，允许载子通过小频率依赖的涨落克服静态无序导致的捕获。这些研究提供了关于微生物细胞色素线束以及基于heme导电材料设计原理的见解。
引用
@article{arxiv.2504.05429,
title = {Investigating electron conductivity regimes in the bacterial cytochrome wire OmcS},
author = {L. N. Mohanam and R. Umeda and L. Gu and Y. Song and D. J. Tobias and A. I. Hochbaum and R. Wu and S. Sharifzadeh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.05429},
year = {2025}
}