Глава IV. Конверсия энергии химических реакций в электрохимический потенциал (биоэлектрокатализ)

Данная глава посвящена проблемам конверсии энергии химических реакций в электрическую форму на основе использования биокаталитических систем. В нашей работе показано, что ферменты могут играть роль катализаторов электродных процессов, обеспечивающих обратимый перенос электронов с молекул в электронные проводники.

В последние десятилетия наблюдается существенный прогресс в создании катализаторов различных химических реакций. Широкое изучение гетерогенно-каталитических, гомогенно-каталитических и ферментативных реакций способствовало развитию современных представлений в области катализа. Однако существует область каталитических реакций, изученных сравнительно слабо. Речь идет о катализе электрохимических превращений. Теоретические и экспериментальные работы в этой области ограничиваются, как правило, рассмотрением простейших систем.

В своей основе электрохимические реакции, протекающие на электродах, представляют собой гетерогенно-каталитические превращения. Это следует из того факта, что токи или скорости электрохимических реакций для равноповерхностных электродов зависят от природы (химического состава) электродного материала. Например, электрохимическая ионизация водорода на платиновых электродах идет в равновесном режиме, в то время как углеродные электроды в этой реакции практически инертны.

В биохимических системах протекает большое число окислительно-восстановительных реакций, сопровождаемых транспортом электронов. Эти процессы обеспечиваются набором окислительно-восстановительных ферментов и белковых переносчиков электронов. Скорости окислительно-восстановительных реакций в ферментных системах весьма высоки. Поэтому представляет интерес сопряжение электродных и ферментативных процессов и исследование свойств ферментов в электрохимических системах с целью использования их высокой специфичности и каталитической активности для ускорения электрохимических реакций.

В последние годы исследование ферментов как катализаторов электродных процессов сформировалось в новое научное направление, связанное с решением ряда фундаментальных и прикладных задач. Для определения феномена ускорения ферментами электродных процессов нами предложено использование термина биоэлектрокатализ [525, 526], который в настоящее время становится общепризнанным [527].