Техника - молодёжи 1986-10, страница 21

недостатков, причиняющих неудобства производственникам. В частности, иммобилизованный фермент легко отделить от вещества, полученного в результате химической реакции.

Проведенные опыты привлекли внимание электрохимиков, что вполне закономерно. Ведь и им очень нужны недорогие и доступные катализаторы. Но сможет ли белок (фермент) «работать» в растворе электролита? И если он не утратит своей каталитической способности, то какова природа его участия в электрохимическом процессе?

В живом организме исследователи обнаружили удивительный по универсальности и довольно простой (конечно, с точки зрения специалиста) механизм преобразования энергии в клетке. Нельзя ли воспроизвести его в искусственной среде, несравненно более простой? Что, если с помощью ферментов попытаться трансформировать энергию химических реакций в биоэлектрическую и создать системы, которые по скорости и эффективности не уступали бы биологическим?

В принципе вопрос не нов. Ферменты уже заняли прочное место в качестве катализаторов различных производственных технологий. Они участвуют в производстве сахара, некоторых антибиотиков. С их помощью делают сыр, варят пиво. Используют ферменты и в текстильной промышленности. Теперь им предстояло стать ускорителями электрохимических процессов, которые получили название «био-электрокатализ».

Изучая механизм биоэлектрока-тализа, ученые заметили неожиданное явление. Крупные молекулы ферментов, осаждаясь на катоде, способны обмениваться электронами с микрокристаллами металла. Более того, если катод представляет собой пористую пластину, то белковые вещества буквально втискиваются между зернами металла. И между ними происходит интенсивный юбмен электронами. Другими словами, происходит тесный контакт между органическим веществом и неорганическим.

В жизни часто бывает так. Пока ученые занимаются изучением природы и механизма вновь обнаруженного явления, производственники следуют своим путем. Подобное случилось и здесь.

Электрохимики-практики на ос

нове биоэлектрокатализа создали принципиально новые аналитические устройства, которые позволяют оперативно определять состав сложных, многокомпонентных биологических смесей.

Мы постоянно помним об охране окружающей среды, стремимся во что бы то ни стало предотвратить ее загрязнение. Но как обнаружить вредные и опасные примеси в воздухе, воде, почве?

Есть, конечно, немало способов контроля. Как правило, все они связаны с аналитической химией. Значит, надо брать пробы исследуемого вещества, соединять с известными реагентами и наблюдать их химическое взаимодействие. По тому, как оно протекает, судят о содержании в исследуемом составе нежелательных примесей и их дозах. Весь процесс, понятно, требует времени, а оно в наш стремительный век — главный дефицит. *

Биоэлектрокатализ помог создать принципиально иные устройства, выдающие за считанные секунды точную информацию о составе сложных многокомпонентных смесей. Этим чувствительным устройствам — биосенсорам — нужны только подходящий фермент и металл электрода.

Представьте себе, например, электрод, к которому прикреплен фермент глюкозоксидаза. Уже само название говорит о его «профессии». Он способен окислить, то есть отобрать электрон у молекулы глюкозы, и только у нее. Благодаря своей высокой селективности фермент ее ни с чем не спутает, отыщет среди множества других углеводных молекул, содержащихся, скажем, в крови человека. И, отобрав электрон, переместит его в металл электрода. Теперь остается только подсоединить к электроду амперметр. Чем больше электронов в металле, иными словами, чем больше в нем сила тока, тем, стало быть, больше глюкозы в крови.

Читатель, искушенный в медицине, конечно, уже,догадался, что в данном случае речь идет о диагностике диабета. Такие приборы-сенсоры уже применяются. Они выгодно отличаются от традиционных высокой чувствительностью, быстродействием, способностью работать в автоматическом режиме. И еще одно преимущество: биосенсору достаточно мизерного количества вещества, чтобы определить его состав.

По тому же принципу, только, естественно, с другими ферментами, действуют устройства, с помощью которых определяют присутствие угарного газа в шахте. Или, например, количество лигнина в воде — это вещество в числе прочих отходов целлюлозно-бумажного производства загрязняет реки.

Есть и еще одна область приложения биоэлектрокатализа, которая, если говорить честно, сегодня многим представляется фантастической. Но вот один из авторов открытия профессор МГУ С. Д. Варфоломеев убежден, что через 15— 20 лет, то есть в обозримом будущем, мы станем свидетелями... появления системы электропитания живых организмов.

Зачем мы, собственно, принимаем пищу? Ответ ясен любому: чтобы получить ту энергию, которая позволяет нам двигаться, думать, жить. Любой организм, будь то бактерия или такая сложнейшая биологическая система, как высшие животные, обладает умением преобразовывать химическую энергию, выделяемую при окислений углеводов.

А зачем мы дышим? Чтобы получить кислород, который и идет на окисление углеводов. Весь метаболизм, то есть обмен веществ, происходящий в биологических системах, при всей его сложности и многообразии заключен в рамки окислительно-восстановительных реакций.

Но если нам необходима не столько сама пища, сколько энергия, возникающая за счет ее в организме, нельзя ли эту энергию получать каким-то другим путем? Скажем, включившись в электросеть?

Какой бы «безумной» ни выглядела подобная идея, теперь есть повод всерьёз задуматься над ней.

Попробуем заглянуть и дальше. Благодаря преодолению упомянутого выше барьера появятся удивительные возможности. Вот, скажем, мы согласились отказаться от привычного способа питания, начали потреблять энергию \фямо и непосредственно из внешнего источника. Но ведь тогда и кислород не понадобится. Для окисления тех углеводов, которые нам уже не требуются. И, стало быть, мы не будем нуждаться в дыхании. И сможем, к примеру, опуститься на морское дно без всяких кислородных аппаратов.

К ВЫСОТАМ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА