文 献 综 述

化石燃料的日趋匮乏及其使用所带来的环境污染问题，使寻找可替代能源成为当今社会的迫切需求，其中生物能是较好的一种。微生物电化学系统(microbial electrochemical systems，MESs) 能够利用电化学活性微生物( electrochemically active microorganisms，EAM)在电极上进行氧化和/或还原反应的电化学系统。MESs在产能、生物修复，化学制造等功能的实现中起着关键作用，近年来在环境和能源领域受到广泛的关注。

微生物电合成是近年来在微生物燃料电池基础上发展起来的新技术。微生物燃料电池一般将产电作为目的，而微生物电合成以利用电能生产化学品为目的。目前微生物电合成技术主要用于厌氧还原性代谢产物的合成，其原理是将电极的阴极提供电子转化为胞内可利用的NADH，调节胞内NAD /NADH，从而提高还原性目标产物的合成。目前微生物电合成技术在丁醇、丁酸、琥珀酸等厌氧还原性代谢产物的合成过程取得了一定的进展。然而，微生物胞外电子传递效率是限制其的应用的主要因素之一。

MESs的实际进行过程是电子通过一系列的电子传递过程从电子供体到达电子受体的过程。目前电子传递的机制主要分为直接电子传递机制（DET）和间接电子传递机制两种（IET）。

1.1直接电子传递（DET）

直接电子传递即EAM 利用细胞外膜的多种细胞色素蛋白、”纳米导线”或其类似结构将电子直接传递给胞外电子受体^［1～4］。尽管外膜蛋白能够快速传递电子, 但是这种传递电子的方式要求, 细菌吸附在电极表面, 这也就意味着只有和电极接触的最外层细菌才能起到传递电子的作用, 因此电池的功率受到接触层细菌数量的限制。

利用细胞外膜的多种细胞色素蛋白的直接电子传递是细胞在和电活性表面进行接触时, 会在膜结合的电活性化合物的作用下发生电子传递。不同属的微生物, 其将醌/甲基萘醌池中的电子传递到细胞外膜上的电活性氧化还原蛋白的过程也各不相同, 很多文献对细胞色素C 进行研究, 并证明它定位在细胞外膜上并作为电子穿梭的通道将电子传递到固相的电极中。

Shewanella oneidensis MR-1 细胞膜结合蛋白CymA 为四亚铁红素, 接受醌/甲基萘醌池的电子并还原周质还原蛋白。后续报道这种结合蛋白可以间接参与不同的电子受体的呼吸反应, 如Fe³ 、Mn⁴ 和硝酸盐等, 并证明了细胞外的电子传递链和质子穿透内膜的过程是独立的^[5]。

1.2间接电子传递（IET）

1.2.1 间接电子传递简介