Новости
Библиотека
Таблица эл-тов
Биографии
Карта сайтов
Ссылки
О сайте


Пользовательского поиска




предыдущая главасодержаниеследующая глава

7. Перспективы практического использования биоэлектрокатализа

Возможности применения ферментативных электрокаталитических эффектов достаточно привлекательны. Ферменты как катализаторы электронного транспорта перспективны в электрохимических элементах, осуществляющих преобразование химической энергии в электрическую. Попытки создания такого рода систем известны. Например, в работах [557, 558] анализируются свойства анода на основе иммобилизованной на платину глюкозооксидазы. Топливный элемент, использующий в качестве топлива глюкозу, а в качестве окислителя - кислород, растворенный в крови, предполагается использовать для электростимуляции сердечной деятельности [559].

Развитие биохимических топливных элементов может происходить, по-видимому, в двух направлениях [525]: а) использование способности ферментов осуществлять окисление различного рода органических субстратов (спирты, углеводы); это позволяет надеяться разработать электрокатализаторы, окисляющие в топливном режиме органические топлива; б) создание электрохимических преобразователей с высокими удельными характеристиками. Эффективность ферментов как катализаторов при решении ряда макрокинетических вопросов достаточна для реализации высоких скоростей реакции и высоких удельных мощностей систем.

Ферменты и переносчики электронов являются в достаточной степени эффективными катализаторами процессов электронного транспорта. Статистический анализ констант скоростей различных окислительно-восстановительных процессов, катализируемых ферментами, показывает, что достаточно распространены процессы с kкат около 5⋅102 с-1 (см. гл. II). В соответствии с этим в ферментных системах могут быть реализованы весьма высокие скорости реакций. Если, например, в систему введен фермент в концентрации 2⋅10-3 М (это высокая, но вполне достижимая концентрация), при "насыщении" фермента субстратом ([S0] >> KМ) скорость процесса будет равна 1 моль/л⋅с. Эта скорость электронотранспортных процессов соответствует "микротокам" общей величины 105 А/л. Если при этом удалось бы осуществить процесс в кинетическом режиме и генерировать электрохимический потенциал на двух электродах разностью потенциалов в один вольт, общая мощность такого преобразователя энергии соответствовала бы 100 кВт/л. Это очень большая величина, достижение 1% от этой величины явилось бы существенным вкладом в развитие теории и практики разработки преобразователей энергии. Полученные оценки предельных мощностей ферментных электрохимических преобразователей являются одним из стимулов развития работ в области биоэлектрокатализа.

Перспективным представляется исследование биоэлектрокатализа гидрогеназами, системами ферментов, окисляющими метан и метанол, глюкозооксидазой, дегидрогеназами различных кислот, альдегидов, спиртов; для разработки биокатода важно исследование ферментов, активирующих молекулярный кислород.

Решение технической задачи крупномасштабного получения окислительно-восстановительных ферментов создаст основу широкого их использования в системах конверсии энергии химических реакций непосредственно в электричество.

Электрокаталитические эффекты могут оказаться весьма полезными при решении проблемы фотолиза воды видимым светом на основе биологических принципов и биологических объектов. При этом могут быть созданы как фотоэлектрохимические преобразователи, так и системы фоторазложения воды на водород и кислород.

Высокая специфичность ферментов позволяет разрабатывать специфические детекторы на различного рода соединения для целей количественного анализа. В настоящее время в датчиках детекция ведется путем регистрации появления или исчезновения какого-либо электрохимически активного соединения (кислорода, перекиси водорода, ионов водорода). Использование непосредственно биоэлектрокаталитических эффектов на основе прямого переноса электронов активный центр фермента - электрод может существенно упростить создание биоэлектрохимических систем и придать датчикам в силу высоких скоростей ферментативных реакций в высшей степени миниатюрный характер.

Интересна реализация электросинтетических возможностей иммобилизованных ферментов. При создании обратимых электродов на основе иммобилизованных ферментов представляется возможным решить проблему специфического электросинтеза. Синтез ряда соединений, протекающий с затратой энергии (углеводов, аминокислот, стероидов), в ряде случаев может быть решен с использованием иммобилизованных ферментов и электроэнергии.

Как следует из анализа, данного в гл. I, развитие атомной промышленности может создать основы использования электроэнергии для целей химического синтеза, при этом биоэлектрокаталитические эффекты могут сыграть важную роль.

Сопряжение электродных и ферментативных процессов открывает весьма интересные возможности электросинтеза in vivo. Проведение ферментативных электросинтетических процессов

(4.70)
(4.71)

в принципе позволяет надеяться реализовать системы анаэробного дыхания и электропитания живых организмов, замкнуть энергетику метаболитических циклов на электроэнергию.

предыдущая главасодержаниеследующая глава



ИНТЕРЕСНО:

Биохимической реакцией будут управлять с помощью света

Новый композитный материал позволит получать чистый водород из метана

Новое соединение вольфрама и бора станет материалом рекордной твердости

Японские химики синтезировали «нано-Сатурн»

Учёные создали «невозможные» нитриды простым способом

Искусственный интеллект научили составлять молекулы

Ученые научились наблюдать за сверхбыстрыми химическими процессами

Почему на Западе периодическую таблицу никак не связывают с именем Менделеева

Люминесцентные наночастицы открыли новый этап в истории дактилоскопии

Нобелевская премия по химии присуждена за развитие криоэлектронной микроскопии

Новый метод анализа белков работает в 50 раз быстрее

Создана первая «химическая память» объемом в 1 бит

193 года назад впервые получено органическое соединение из неорганических

Ученые разработали программу, которая высчитывает свойства молекул сложных химических соединений

Самосборкой получены структуры из 144 молекулярных компонентов

Учёные создали нанореактор для производства водорода

Ученые из Швеции создали «деревянное стекло»

Разработан новый метод создания молекул

Японские ученые создали жидкий квазиметалл, застывающий на свету

Нобелевскую премию по химии присудили за синтез молекулярных машин

Новая компьютерная программа предсказывает химические связи

Получены цветные изображения на электронном микроскопе

В упавшем в России метеорите обнаружен уникальный квазикристалл

10 невероятно опасных химических веществ

Создатель «суперклея» Гарри Кувер – химик и изобретатель, автор 460 патентов, самый известный из которых так и не помог ему разбогатеть




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://chemlib.ru/ 'ChemLib.ru: Библиотека по химии'