Биотехнология: Монография. Волова Т.Г. - 164 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СФУ | Красноярск

Составители: 

Рубрика: 

163
ва, перерабатывается микроорганизмом в отсутствии кислорода. Достиг-
нутые мощности энергии на единицу объема топливного элемента пока не
велики. Вместе с тем в этих системах возможно применение различных, в
том числе доступных и недорогих субстратов, включая промышленные и
сельскохозяйственные отходы. Применение изолированных ферментов
вместо микробных клеток обещает сделать процессы трансформации
энергии химических
связей в электрическую более выгодными. Примером
таких биотопливных элементов могут служить системы на основе окисле-
ния метанола в уксусную кислоту с участием алкагольдегидрогеназы; му-
равьиной кислоты в углекислоту с участием формиатдегидрогеназы; глю-
козы в глюконовую кислоту с участием глюкозооксидазы.
Новой областью технологической биоэнергетики и частью инженерной
энзимологии является биоэлектрокатализ. Цель
данного направления –
создание высокоэффективных преобразователей энергии на основе иммо-
билизованных ферментов. Важнейшей проблемой при этом является со-
пряжение ферментативной и электрохимической реакций, то есть обеспе-
чение активного транспорта электронов с активного центра фермента на
электрод. Исследования недавних лет показали, что этого можно достичь
несколькими путями:
– при использовании медиаторов (низкомолекулярных диффузионно
подвижных переносчиков, способных акцептировать электроны с элек-
трода и отдавать их активному центру фермента);
– при прямом электрохимическом окислении-восстановлении активных
центров фермента, то есть в прямом переносе электронов с активного
центра фермента – на электрод (или обратно);
– при использовании ферментов, включенных в матрицу органического
полупроводника.
Перенос электронов с участием
медиатора можно представить в сле-
дующем виде:
S + E
→ P + E°; E
o
+ M
→ E + M°; M°
→ M + e
–
,
где E и E° – окисленная и восстановленная формы активного центра фер-
мента; M и M° – окисленная и восстановленная формы медиатора.
Примером биоэлектрокаталитической системы с участием медиатора
является система «гидрогеназа–метилвиологен–угольный электрод»; в
такой системе возможно электрохимическое окисление водорода без пе-
ренапряжения, практически в равновесных условиях.
В прямом переносе электронов между активным центром фермента
и
электродом устанавливается потенциал, близкий к термодинамическому
потенциалу кислорода. Этот механизм переноса реализован в реакции
электрохимического восстановления кислорода до воды при участии
медьсодержащей оксидазы, а также в реакциях электровосстановления
водорода с помощью гидрогеназы.

Страницы