Индекс активности участника

Окисление субстрата кислородом воздуха в клетке это не одноэтапный процесс, а несколько последовательных химических реакций. Все вместе их часто называют дыхательной цепью. У "ее, как у всякой цепи, два конца-один называется кислородным, другой субстратным. Это позволяет сопоставить процессы на кислородном электроде топливного элемента с кислородным концом цепи, а события на водородном электроде - с субстратным концом дыхательной цепи.

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?

21.05.2024

Сложные предложения

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.

Гемоглобин, как известно, не просто растворен в крови, ко находится в красных кровяных тельцах - эритроцитах. Для этого есть определенные основания. Дело в том, что кровь содержит 14-16 процентов гемоглобина, и если бы это был обычный раствор, то образовалась бы густая вязкая масса, которую очень трудно было бы протолкнуть по кровеносным сосудам. Благодаря же красным кровяным шарикам, каждый из которых представляет собой как бы каплю сгущенного гемоглобина, кровь сохраняет и достаточную подвижность и высокую способность связывать кислород.

21.05.2024

Встроенный запуск словаря

Это очень важный этап биологического окисления. Здесь химическая энергия самых разнообразных органических соединений почти без потерь передается водоро- ду, то есть превращается в такую форму, которая может утилизироваться как энергетической системой клетки, так и топливным элементом. Если знание каких-либо механизмов биологического окисления может принести пользу большой энергетике, то это относится прежде всего к тому, как всю химическую энергию топлива передать водороду.

Топливный элемент, использующий биологический способ получения водорода, может найти применение и на космических кораблях, где сжигание обычного топлива невозможно.

21.05.2024

Введена система ученых званий

Итак, и живая клетка и топливный элемент могут работать, только если извне поступают два вещества: окислитель (как правило, газообразный кислород) и окисляемое вещество (топливо, биохимики его обычно называют субстратом окисления

Важное преимущество таких биологических источников энергии состоит также в том, что они не только используют возобновляемые источники сырья, но и не загрязняют окружающую среду, так как включаются в природный кругооборот веществ значительно легче, чем любой другой источник энергии, кроме, может быть, Солнца. Схема топливного элемента. Молекулы газообразного водорода на водородном электроде распадаются на ионы (Н+) и электроны (е-), которые сообщают электроду отрицательный заряд. На кислородном электроде молекулы газообразного кислорода, реагируя с водой и забирая электроны от электрода, сообщают ему положительный заряд, при этом образуются ионы гидроксила (ОН ). По проводу, соединяющему оба электрода, течет тон, который используется для выполнения полезной работы. Схема топливного элемента Схема клеточного дыхания Схема клеточного дыхания. Из пищи (белков, жиров, углеводов) на предварительном этапе образуются дву-углеродные фрагменты (ацетилы), которые, сгорая, превращаются в угольную кислоту и водород, подсоединенный к переносчику (НАД. Н:). При этом почти вся химическая энергия передается водороду. На следующем этапе (в дыхательной цепи) водород распадается на водородный ион и электрон, который с помощью фермвн. та цитохромоксидазы присоединяется к кислороду с образованием иона гидроксила. При движении электрон? по дыхательной цепи синтезируются нужные организму богатые энергией вещества - макроэрги, как видим, у клеточного дыхания и топливного элемента немало общего. Схема гипотетического устройства, использующего биологический метод получения водорода для топливных элементов. Живая клетка, которая находится в анаэробных (бескислородных) условиях, тем не менее выполняет свою обычную работу - генерирует водород за счет распада пищевых веществ и воды. Специальное вещество (например, молочная кислота), способное проходить через клеточные оболочки, переносит этот водород к водородному электроду топливного элемента. Остальные процессы идут так же. как в классическом водородно-кислородном элементе.

21.05.2024