加州大学河滨分校霍莉·奥伯著 延伸肽(顶部)不介导电荷转移(可检测的电荷转移)/折叠肽(底部)介导沿供体和受体之间的氢键的微微秒电荷转移(氢键用红色细虚线表示)
信用:瓦伦丁·沃勒夫 生物能量的流动，如光合作用和呼吸作用，取决于电子从一个分子转移到另一个分子
尽管电子转移对维持生命很重要，但是控制电子转移速率的因素，尤其是长距离的电子转移，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
更好地理解电子转移速率将有助于科学家改进化学转化、能量转换、电子器件和光子技术
现在，加州大学河滨分校领导的一个国际研究小组已经观察到肽中氢键介导的微微秒电荷转移
皮秒是万亿分之一秒
作为蛋白质的短链类似物，肽是生物体的重要组成部分，是化学连接的氨基酸链
这一发现表明了氢键在电子转移中的作用
该结果发表在《美国国家科学院院刊》上
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学教授瓦伦丁·沃勒夫和波兰科学院的丹尼尔·格里科以及加州理工学院的哈利·格雷领导了一个研究小组，他们发现了一种异常的超快电子转移现象，这种电子从供体分子转移到受体分子，受体分子与长达20个共价键的寡肽接头相连
在具有如此长的贯穿键距离的肽中，电子转移通常需要一微秒或百万分之一秒
研究人员惊讶地观察到微微秒的电子转移，其速度比以前已知的此类系统快100万倍
“这不应该起作用，但它确实起作用了，”武列夫说
“假设柔性肽链结构的预期随机分布，我们观察到的皮秒电荷转移与结构生物学相矛盾
" 研究小组选择了由短肽连接的供体和受体分子，他们发现这些分子实际上假设了由氢键稳定的明确结构
进一步的分析表明，每个分子中的氢键使供体和受体在蝎形分子结构中彼此靠近，从而实现皮秒电子转移
“这一革命性的设计表明，当以有机成分为模板时，短肽不仅可以呈现出明确的二级构象，还可以提供氢键网络，以异常高的效率介导电子转移，”武勒夫说
“我们的工作为沿着柔性桥的电荷转移路径的设计和开发提供了前所未有的范例，并为介导蛋白质中电子转移的结构基序提供了见解
" 这一发现可能会促进能量储存的发展，并刺激使用导电聚合物代替导电矿物的有机电子产品的发展
“在我们小组工作最令人兴奋和满足的一个方面是站在这些发现的最前沿，观察这些惊人的结果，”合著者约翰·克拉克说，他是武尔勒夫实验室的博士生，为这项研究做光化学测量
论文“分子内氢键在促进电子通过氨基酸和寡肽结合物中的作用”
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