Probing electron transfer between hemin and riboflavin using a combination of analytical approaches and theoretical calculations

文献情報

出版日 2017-11-22
DOI 10.1039/C7CP06492F
インパクトファクター 3.676
著者

Wen-Lan Wang, Yuan Min, Sheng-Song Yu, Wei Chen, Jie-Jie Chen, Xiao-Yang Liu, Han-Qing Yu


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要旨

Extracellular electron transfer (EET) occurs from outer-membrane proteins to electron acceptors. Heme(II) is the active center of outer-membrane proteins and delivers electrons to acceptors or mediators such as riboflavin, a redox active chromophore present in organisms. However, the EET mechanism via mediators, especially the electron transfer process from outer-membrane proteins to mediators, has not been well documented yet. In this work, the mechanism behind the electron transfer from heme(II) to riboflavin is investigated by using in situ ultraviolet visible and fluorescence spectroelectrochemical analysis, which provides the information regarding the structural change and electrochemical characteristics of species in the electron transfer process. It is found that hemin(III), the oxidized form of heme(II), is electrolyzed to an intermediate “hemx(II)” without structural changes, and is then transformed to heme(II) by conjugating with riboflavin and its radicals. Heme(II) is able to activate riboflavin reduction via a two-electron two-proton pathway in aqueous solution. The mechanisms proposed on the basis of experimental results are further confirmed by density functional theory calculations. The results about the electron transfer from hemx(II) (or heme(II)) to riboflavin are useful not only for understanding the EET mechanisms, but also for maximizing the role of riboflavin in biogeochemical cycling and environmental bioremediation.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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