Электрохимические реакции в человеческом организме
В настоящее время чрезвычайный интерес вызывает сравнительно новое направление в электрохимии — биоэлектрохимия, которая изучает электрохимические процессы, протекающие в живых организмах. По мнению крупнейших советских ученых, биоэлектрохимия должна сыграть решающую роль в будущемэлектрохимии. Нужно отдать дань предвидению и глубине проникновения в суть электрохимических явлений основного законодателя электрохимии М. Фарадея, который почти 150 лет назад сказал: «Как ни чудесны законы и явления электричества, выявляющиеся нам в мире неорганического или мертвого вещества, интерес, который они представляют, вряд ли может сравниться с тем, что присуще той же силе в соединении с живой системой и жизнью».
А вот слова о будущем науки отца кибернетики Н. Винера: «Я предвижу, что не только биологические науки будут сближаться с физикой, но и физика будет вбирать в себя некоторые биологические науки. Имеется много направлений исследования живого, которые обещают стать важными в будущем и которые можно разделить на научные и технические лишь условно», — относятся самым непосредственным образом к электрохимии.
Например, в самых современных электролизерах и химических источниках тока отношение реакционной поверхности к объему в несколько тысяч раз ниже, чем в биоэлектрохимических процессах. Поэтому растения сочетанием биоэлектрохимических процессов и фотосинтеза выделяют ежегодно более 100 млрд. т. кислорода, тогда как общее мировое электрохимическое производство его не превышает 30 млн. т. Это показывает, какое значение имеет изучение биоэлектрохимических явлений.
Мы уже знаем, что многие биологические процессы, такие, как переработка и усвоение питательных продуктов, передача сигналов нервной системы, механизм зрительного восприятия включают в себя стадии, характеризующиеся электрохимическими явлениями.
Энергия, расходуемая животными (для поддержания постоянной температуры тела, движения и т. д., пополняется в результате сложного, многостадийного процесса окисления питательных веществ и перевода их химической энергии в другие виды энергии. Усвоение питательных веществ — это биохимический окислительно-восстановительный процесс с участием электрона, протона и переноса ионов, т. е. с участием электрохимических стадий. Это наводит на мысль об аналогии получения организмом энергии окислением питательных веществ и электрохимических процессов в топливных элементах, получение энергии в которых идет за счет окисления топлива.
В организме имеются специальные вещества — ферменты, которые и осуществляют в клетках в определенном порядке стадии химического превращения питательных веществ. Интересно, что комплексы различных ферментов собраны и укреплены на мембранах клеток. Эти мембраны как бы выполняют роль электродов в гальванических элементах, а электролитами служат биологические жидкости, хорошо проводящие ток. В переносе зарядов через мембраны клеток участвуют как ионы, так и электроны. Недавно в Институте электрохимии АН при изучении моделей биомембран неожиданно обнаружили, что при сочетании липидных бислойных мембран и границы двух несмешивающихся жидкостей многие мембранные ферменты являются молекулярными генераторами тока.
Еще более интересно, что на этих же самых мембранах одновременно идет и электросинтез органических соединений. Таким образом, в энергетической системе животных и человека используется одновременное сочетание биоэлектрохимических аналогов и топливного элемента и электролизера. Электрохимическая технология почти не использует таких комбинаций.
А вот слова о будущем науки отца кибернетики Н. Винера: «Я предвижу, что не только биологические науки будут сближаться с физикой, но и физика будет вбирать в себя некоторые биологические науки. Имеется много направлений исследования живого, которые обещают стать важными в будущем и которые можно разделить на научные и технические лишь условно», — относятся самым непосредственным образом к электрохимии.
Например, в самых современных электролизерах и химических источниках тока отношение реакционной поверхности к объему в несколько тысяч раз ниже, чем в биоэлектрохимических процессах. Поэтому растения сочетанием биоэлектрохимических процессов и фотосинтеза выделяют ежегодно более 100 млрд. т. кислорода, тогда как общее мировое электрохимическое производство его не превышает 30 млн. т. Это показывает, какое значение имеет изучение биоэлектрохимических явлений.
Мы уже знаем, что многие биологические процессы, такие, как переработка и усвоение питательных продуктов, передача сигналов нервной системы, механизм зрительного восприятия включают в себя стадии, характеризующиеся электрохимическими явлениями.
Энергия, расходуемая животными (для поддержания постоянной температуры тела, движения и т. д., пополняется в результате сложного, многостадийного процесса окисления питательных веществ и перевода их химической энергии в другие виды энергии. Усвоение питательных веществ — это биохимический окислительно-восстановительный процесс с участием электрона, протона и переноса ионов, т. е. с участием электрохимических стадий. Это наводит на мысль об аналогии получения организмом энергии окислением питательных веществ и электрохимических процессов в топливных элементах, получение энергии в которых идет за счет окисления топлива.
В организме имеются специальные вещества — ферменты, которые и осуществляют в клетках в определенном порядке стадии химического превращения питательных веществ. Интересно, что комплексы различных ферментов собраны и укреплены на мембранах клеток. Эти мембраны как бы выполняют роль электродов в гальванических элементах, а электролитами служат биологические жидкости, хорошо проводящие ток. В переносе зарядов через мембраны клеток участвуют как ионы, так и электроны. Недавно в Институте электрохимии АН при изучении моделей биомембран неожиданно обнаружили, что при сочетании липидных бислойных мембран и границы двух несмешивающихся жидкостей многие мембранные ферменты являются молекулярными генераторами тока.
Еще более интересно, что на этих же самых мембранах одновременно идет и электросинтез органических соединений. Таким образом, в энергетической системе животных и человека используется одновременное сочетание биоэлектрохимических аналогов и топливного элемента и электролизера. Электрохимическая технология почти не использует таких комбинаций.