2022年6月16日，我院徐晓玲课题组在FRONT MICROBIOL（IF=6.06）上发表题为“Preparation of Photo-Bioelectrochemical Cells With the RC-LH Complex From Roseiflexus castenholzii”的研究成果，报道了基于光合玫瑰菌RC-LH复合物（rcRC-LH）制备一种新型光生物电化学电池的方法。
植物或细菌的光合复合物能够以近100%的量子效率进行光化学电荷分离，其高效的光电转换能力使得以此类复合物制备的光生物电化学电池（Photo-Bioelectrochemical Cells, PBECs）备受关注。光合细菌通过捕光天线LH（Light Harvesting Complex）吸收光能并将其传递至反应中心（Reaction Center, RC），激发特殊细菌叶绿素对（Special pair, P）发生电荷分离，从而将光能转化为电能。原初光电反应释放的电子经反应中心的辅助细菌叶绿素（BChl）、细菌脱镁叶绿素（BPheo）传递给泛醌QA，再经铁原子传递给QB将其还原为氢醌。紫色光合细菌的RC-LH1复合物组成简单且高度稳定，曾被广泛用于PBECs的研究和开发。然而，紫细菌的RC-LH1复合物在QB端含有H亚基，导致光生电子必须通过介质或绕过H亚基才能到达电极，而去除或缩短H亚基则会降低复合物的稳定性和内部电子转移效率，大大降低了PBECs的光电转化效率。
光合玫瑰菌（Roseiflexus castenholzii, R. castenholzii）是一种古老的绿色非硫细菌，其rcRC-LH不含H亚基，为光生电子从QB处直接转移至电极提供了先决条件（图A）。同时，rcRC-LH与含有4个血红素的细胞色素（cyt）c紧密结合，使其能够接受从介质传来的电子，提高了能量传递和血红素光氧化的效率（图B）。基于rcRC-LH的特殊结构，研究人员成功制备了具有独特电子传递路径的FTO-Pt PBEC：以FTO玻璃和镀有Pt层的FTO玻璃分别作为亲水的前电极和疏水的对电极，两电极由300 μm厚的“凹”形热熔膜连接，向空腔中注入rcRC-LH和介质后，使用热熔胶封口（图C）。此电池克服了H亚基对紫细菌RC-LH1复合物制备的PBECs光电转换效率的限制，激发态P*分离的电子在经BChl和BPheo等传递至QB后，可直接进入前电极并通过外电路转移至对电极（Pt），介质在对电极处接受电子后传递至cyt c中的血红素，还原激发态P*以形成稳态电流（图D）。以PMS（吩嗪硫酸甲酯）为介质时，此电池可产生320 nA/cm2的稳态电流，为今后制备高效PBECs提供了全新视角。
杭州师范大学为该论文的第一研究单位，博士研究生杜劲松为文章的第一作者，徐晓玲教授为文章的通讯作者，该研究受国家自然科学基金和浙江省自然科学基金资助。
A. rc RC-LH (PDB ID: 5YQ7)的整体结构；B. rc RC-LH中色素和电子载体的空间组织；C. FTO-Pt PBEC的主视图(左)和侧视图（右）；D. FTO-Pt PBEC的运行示意图。以羟甲基二茂铁（FcMeOH）为介质，橙色箭头表示光能的转移路径，蓝色箭头表示电子的转移路径，P-side表示rcRC-LH中特殊叶绿素对（P）所在的方向，Q-side为MQA和MQB所在的方向。
原文链接：http://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2022.928046/full
