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.

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.

21.05.2024

Сложные предложения

Кровеносные капилляры образуют очень густую сеть, такую, что расстояние между ними в наиболее активных зонах дыхания измеряется всего десятками микрометров. Тем не менее между капиллярами и теми частями клеток, которые непосредственно потребляют кислород, всегда остается определенный участок, который молекулы газа преодолевают путем диффузии, чья скорость, в общем, пропорциональна растворимости, которая, как мы уже отмечали, у кислорода очень мала. В тканях есть специальные вещества, способные обратимо связывать кислород, увеличивая тем самым его растворимость и ускоряя диффузию. Эти вещества по своей природе близки к гемоглобину.

Итак, между топливным элементом и дыхательной цепью, как мы видим, существует определенная аналогия-и там и тут электроны передаются от водорода к кислороду, при этом выделяется энергия в такой форме, которая может быть использована потребителем. Однако эта аналогия не слишком глубокая: в элементе Грова водород газообразный - в клетке он присоединен к переносчику, в топливном элементе генерируется электрический ток - в клетке синтезируются макроэрги, но имеется ли в ней нечто аналогичное электрическому току, точно неизвестно.

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.

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.

21.05.2024

Введена система ученых званий

Можно радикально повысить КПД процесса окисления, если отказаться от тепловых машин и перейти к топливным элементам, которые непосредственно преобразуют химическую энергию органических соединений в электрическую.

Разумеется, нет, но все же подавляющая часть тех атомов водорода, которые переносит НАД, происходит не из пищевых веществ, а из... молекул воды. На предварительном этапе биологического окисления происходит суммарная реакция: в которой каждый окисляемый атом углерода реагирует с двумя молекулами воды, при этом образуется углекислый газ, а четыре освободившихся атома водорода идут к переносчикам и далее на дыхательную цепь.

21.05.2024