Индекс активности участника

Известно, что из клеток можно извлекать отдельные ферменты и использовать их в технологических процессах, это давно делается, например, в виноделии, хлебопечении, сыроварении... Однако извлечь комплексно несколько десятков ферментов, чтобы перерабатывать глюкозу в водород, связанный с переносчиком, практически невозможно. С другой стороны, также невозможно извлекать связанный водород из клеток, так как клеточные оболочки для него непроницаемы. Остается одно: подобрать какое-либо вещество, способное проходить через клеточные оболочки и выносить вместе с собой атомы водорода. Подобные транспортные вещества известны биохимикам, их часто называют "челноками", и они участвуют во многих жизненных процессах.

При этом заметим, что с позиций энергетика КПД мышечной работы совсем неплохой - около 30 процентов, стало быть, учиться есть чему. И учтем, что во всех клетках главные биохимические реакции, в том числе биологического окисления, очень схожи. Это объясняется тем, что они сложились очень давно - еще на заре эволюции, более миллиарда лет тому назад, и хорошо отшлифованы временем.

22.05.2024

Сложные предложения

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.

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.

22.05.2024

Встроенный запуск словаря

Таким образом, непосредственная доставка кислорода клеткам через дыхательные трубочки-трахеи оказалась не очень эффективной и в процессе эволюции была вытеснена системой из двух переносчиков кислорода - один движется с током крови, другой облегчает проникновение кислорода из крови в клетки. Поскольку известны не только природные, но и искусственные вещества, обратимо связывающие кислород (его синтетические переносчики), можно думать, что некоторые из них могут быть использованы в кислородных электродах топливных элементов для облегчения транспорта газа.

Формально живые организмы решают ту же задачу, что и топливные элементы,- окисляют органические соединения (то есть пищу), а освободившаяся энергия преобразуется в механическую (движение) или электрическую (нервный импульс). Интересно, что в процессе обмена веществ из пищи получаются более ценные в энергетическом отношении продукты (происходит обогащение биологического "топлива"), и энергетическая фабрика клетки получает приспособленный к ее нуждам высококалорийный продукт.

22.05.2024

Введена система ученых званий

Таким образом, непосредственная доставка кислорода клеткам через дыхательные трубочки-трахеи оказалась не очень эффективной и в процессе эволюции была вытеснена системой из двух переносчиков кислорода - один движется с током крови, другой облегчает проникновение кислорода из крови в клетки. Поскольку известны не только природные, но и искусственные вещества, обратимо связывающие кислород (его синтетические переносчики), можно думать, что некоторые из них могут быть использованы в кислородных электродах топливных элементов для облегчения транспорта газа.

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?

22.05.2024