Биоэлектрокатализ
Cтраница 1
Биоэлектрокатализ открывает принципиально новые возможности в изучении действия биокатализаторов. Электрохимические методы позволяют выяснить тонкие детали молекулярных механизмов действия ферментов. Экспериментальное исследование зависимостей тока от потенциала, концентрации фермента, концентрации ионов водорода и субстратов с последующим анализом на основе теории электрохимической кинетики позволяет выявить механизм превращений субстрата в активном центре фермента. Например, исследование кинетики действия медьсодержащей оксидазы, иммобилизованной на электроде, показывает, что наиболее вероятный механизм действия активного центра включает стадию присоединения кислорода, быстрый равновесный перенос одного электрона, двух протонов и синхронный замедленный перенос двух электронов на лимитирующей стадии процесса. Кинетическое исследование с привлечением структурных данных дает представление о молекулярном механизме действия оксидазы. [1]
Практическая значимость биоэлектрокатализа определяется возможностью использования активных биологических катализаторов в электрохимических генераторах тока. Биохимический топливный элемент представляет собой два ферментных электрода: электровосстанавливающий ( кислородный электрод) и электроокисляющий, которые связаны между собой ионпрово-дящей средой. В такого рода системах происходит окисление топлива кислородом с генерацией на электродах разности потенциалов, определяемой энергией реакции сгорания топлива. [2]
 |
Зависимости тока от потенциала в полулогарифмических координатах для сажевых электродов с иммобилизованной лакказой при. [3] |
Рассмотрим использование биоэлектрокатализа для изучения механизма ферментативных реакций на примере реакции восстановления молекулярного кислорода лакказой. [4]
Перспективным представляется исследование биоэлектрокатализа гидрогеназами, системами ферментов, окисляющими метан и метанол, глюкозооксидазой, дегидрогеназами различных кислот, альдегидов, спиртов. Для разработки биокатода интересно исследовать ферменты, активирующие молекулярный кислород. Выше продемонстрированы возможности создания катода и анода на основе иммобилизованной лакказы и гидроге-назы. Создание биоэлектрохимических преобразователей энергии, имеющих параметры, приближающиеся к теоретически возможным значениям, сдерживается в настоящее время отсутствием достаточно больших количеств необходимых ферментных препаратов. Эта трудность с развитием инженерной энзимоло-гии будет, безусловно, преодолена. [5]
Одним из новых перспективных направлений электрокатализа является биоэлектрокатализ - использование ферментов для ускорения электродных процессов. При введении фермента процессы окисления или восстановления электрохимически активного вещества осуществляются в основном на активном центре фермента, поскольку скорость ферментативного превращения существенно выше, чем электрохимического. [6]
Следует отметить, что оба указанных класса органических полупроводников могут быть использованы как носители иммобилизованных ферментов для целей биоэлектрокатализа. [7]
Ферментативный катализ, основанный на способности ферментов с высокой эффективностью ускорять химические процессы, позволяет создавать принципиально новые технологические схемы химических производств или вводить существенные коррективы в традиционные технологические процессы. Биоэлектрокатализ связан с эффектом ускорения в присутствии биоэлектрических катализаторов реакций, протекающих на электродах. [8]
Биоэлектрокаталитические эффекты применяются в настоящее время при создании сенсоров - электрохимических датчиков, необходимых для количественного определения различных химических соединений. Использование биоэлектрокатализа на основе прямого переноса электронов с активного центра фермента на электрод может существенно упростить создание такого рода систем. [9]
Бионический принцип начинает шире применяться в электронике и электротехнике. Раскрытие закономерностей биоэлектрических явлений организма человека обогащает многие отрасли народного хозяйства, и в первую очередь химическое производство. Это отчетливо видно на примере новейших направлений химии - биоэлектрокатализе и биоэлектрохимии. Огромна роль в жизнедеятельности организма ферментативного катализа, обладающего свойствами, регулирующими биологические явления. Эти явления или свойства основаны на использовании электричества живого организма во всем его многообразии, причем и здесь электричество действует на атомно-молекулярном уровне. [10]
Страницы: 1