Индекс активности участника

Кроме того, проводя параллель между биологическим окислением и окислением водорода в топливном элементе, мы будем иметь в виду элемент Грова. Это наиболее разработанный вид топливного элемента, можно сказать, классический. В нем на одном из электродов газообразный водород превращается в ионы водорода и переходит в раствор, а электроны остаются на электроде, сообщая ему отрицательный заряд. На другом электроде в раствор переходит газообразный кислород, при этом он реагирует с водой и превращается в ионы гидроксила, а электрод приобретает положительный заряд. В целом идет химическая реакция между кислородом и водородом с образованием воды, при этом от одного электрода к другому течет электрический ток.

В принципе можно, ведь химики-технологи давно уже и разными способами получают водород, расходуя энергию, запасенную в органическом топливе. Однако для этого нужны высокие температуры, в то время как в клетках та же цель достигается совершенными катализаторами - ферментами. Вряд ли можно рассчитывать на то, что в обозримом будущем удастся искусственно создать такую же систему катализаторов, какая существует в клетке. Иное дело, если бы удалось живые клетки пристроить к топливному элементу. Тогда в нем можно было бы сжигать самые разнообразные органические продукты растительного происхождения - дрова, торф, сапропель и так далее. Какие же на пути к этому возникают препятствия, и можно ли их преодолеть?

18.05.2024

Сложные предложения

Схема такого устройства показана на цветной вкладке. Взвесь каких-то одноклеточных организмов, например, дрожжей, находится в жидкости, содержащей питательные вещества, в герметичном сосуде. Само по себе пребывание в анаэробных условиях резко активирует обмен веществ, клетка активно поглощает пищу, превращая ее в угольную кислоту и водород, присоединенный к переносчику. А тот, взаимодействуя с пировиноградной кислотой, передает ей два атома водорода. Образуется молочная кислота, которая тут же проникает из клетки наружу и окисляется на электроде, превращаясь обратно в пировиноградную кислоту. При этом остаются на электроде два иона водорода и два электрона, сообщая ему отрицательный электрический заряд. Пировиноградная кислота возвращается в клетку, где снова участвует в том же цикле превращений.

В принципе можно, ведь химики-технологи давно уже и разными способами получают водород, расходуя энергию, запасенную в органическом топливе. Однако для этого нужны высокие температуры, в то время как в клетках та же цель достигается совершенными катализаторами - ферментами. Вряд ли можно рассчитывать на то, что в обозримом будущем удастся искусственно создать такую же систему катализаторов, какая существует в клетке. Иное дело, если бы удалось живые клетки пристроить к топливному элементу. Тогда в нем можно было бы сжигать самые разнообразные органические продукты растительного происхождения - дрова, торф, сапропель и так далее. Какие же на пути к этому возникают препятствия, и можно ли их преодолеть?

18.05.2024

Встроенный запуск словаря

Таким образом, задача заключается в том, чтобы атомы водорода, которые образуются внутри клеток, не расходовались (не окислялись) там для собственных нужд, а выводились "челноком" наружу для окисления в топливном элементе. Первую часть задачи выполнить относительно просто - надо либо поместить клетку в бескислородные (анаэробные) условия, либо разрушить кислородный конец дыхательной цепи сильнодействующим средством, например, окисью углерода или цианистой кислотой. Подобрать подходящий "челнок" значительно труднее. Пожалуй, лучше всего для этого подходит система из молочной и пировиноградной кислот, которые относительно хорошо проникают через большинство клеточных мембран.

Схема такого устройства показана на цветной вкладке. Взвесь каких-то одноклеточных организмов, например, дрожжей, находится в жидкости, содержащей питательные вещества, в герметичном сосуде. Само по себе пребывание в анаэробных условиях резко активирует обмен веществ, клетка активно поглощает пищу, превращая ее в угольную кислоту и водород, присоединенный к переносчику. А тот, взаимодействуя с пировиноградной кислотой, передает ей два атома водорода. Образуется молочная кислота, которая тут же проникает из клетки наружу и окисляется на электроде, превращаясь обратно в пировиноградную кислоту. При этом остаются на электроде два иона водорода и два электрона, сообщая ему отрицательный электрический заряд. Пировиноградная кислота возвращается в клетку, где снова участвует в том же цикле превращений.

18.05.2024

Введена система ученых званий

Другое сопоставление, правда, внешнее, подчеркивает интересную и важную закономерность. Единственный топливный элемент, который нашел реальное применение в технике, использует в качестве окисляемого вещества водород. В клетках за миллионы лет эволюции прочно укрепился биохимический механизм, в котором непосредственным субстратом (топливом) служит также водород, но присоединенный к НАД. Он по физическим и химическим свойствам заметно отличается от газообразного водорода, в частности уступает по теплотворной способности, но все же это две формы одного и того же вещества, которое является самым богатым в природе концентратом энергии. Очевидно, поэтому водород оказался самым подходящим топливом и для клеток и для топливных элементов. Проблема (для техники) заключается в том, где взять его в достаточном количестве и как транспортировать.

Многообразие биохимических реакций, которые идут на субстратном конце дыхательной цепи, делает его устройство значительно более сложным по сравнению с кислородным. По существу, это комплекс химических процессов, с помощью которого достигается всеядность клеток - их способность сжигать самые разнообразные пищевые вещества и утилизировать выделяющуюся при этом энергию.

18.05.2024