Медиаторы скорость восстановления

Таблица 17.2. Скорость восстановления медиаторов микроорганизмами, мкмоль г с субстрат -- глюкоза, 30°С)

Значительные осложнения при изучении окислительно-восстано-вительных свойств твердых редокситов связаны с большим временем достижения равновесия в системе редоксит - раствор медиатора. Время, необходимое для получения только одной точки на кривой титрования, может колебаться от нескольких часов [140] до нескольких суток [141] и даже недель [142, 143]. Однако и по истечении этого срока сложно сделать однозначное заключение о том, наступило равновесие для окислительно-восстановительной реакции между редокситом и медиатором или же установившийся потенциал является стационарным и определяется кинетическими факторами. Скорость установления равновесия в гетерогенной системе редоксит - раствор медиатора определяется скоростью химической реакции окисления-восстановления и диффузии медиатора к функциональным группам редоксита. Реакция окисления-восстановления редко является лимитирующей стадией. Как правило, стадия, определяющая скорость превращения в гетерогенной системе редоксит - раствор медиатора, -это диффузия [131]. Ускорить диффузионные процессы в редокс-полимерах можно созданием определенной структуры полимеров, [c.154]

Если при исследовании мембранных электродов условия проведения эксперимента (методики изготовления электродов и измерения потенциала) остаются постоянными, то фактором, определяющим скорость реакции окисления-восстановления редоксита медиатором, является соотношение окисленной и восстановленной форм в редокс-полимере, т.е. его редокс-состояние. [c.160]

Таким образом, при достаточно большой концентрации медиатора кинетика темновой релаксации пигмента и вторичного хинона определяется разными константами скорости, зависящими от концентраций восстановленной (для пигмента) и окисленной (для хинона) форм медиатора. Для такого редокс-медиатора, как [c.262]

Какие виды активности требуют энергии Мы видели, что ионы движутся через мембранные каналы проводимости пассивно, однако градиенты концентраций поддерживаются метаболическим насосом, который требует энергии. Гигантский аксон кальмара может часами генерировать потенциалы действия после подавления метаболизма ядом, поскольку пассивные ионные потоки малы по сравнению с имеющимся в наличии количеством ионов. Однако эти пропорции возрастают в более тонких аксонах, так как у них больше отношение площади поверхности к объему в самых тонких немиелинизированных волокнах импульсная активность непосредственно зависит от метаболического- насоса. Аналогичные факторы действуют и в синапсах сами по себе ионные токи пассивны, но восстановление и поддержание ионных концентраций требует энергии, равно как и синтез медиатора и циклические перестройки мембраны. Кроме того, повышенных скоростей накачивания ионов можно ожидать и в местах, где потенциал покоя мембраны относительно низок из-за повышенной проницаемости для N3+ (как в перехватах Ранвье и рецепторах сетчатки). Обилие митохондрий в мелких ветвях аксонов и дендритов в значительной степени [c.231]

Поскольку к описывает регулируемую электродным потенциалом электрохимическую реакцию медиатора, молекулы которого невелики, можно полагать, что /с > 0,1 см х X с . При типичных значениях L 10 см и е моль/дм неравенство (12.12) выполняется только при значениях к , больших 10 дм моль с . Значения к приводятся редко, но они могут быть рассчитаны из известных значений к и разностей стандартных потенциалов восстановления фермента и медиатора соответственно. Найдено, что даже если скорость прямой реакции контролируется диффузией ( 10 дм моль с ), при разности значений Е , превышающей 250 мВ, меньше 10 дм моль с . В действительности значения к еще меньше кроме того, обычно выбирают медиаторы, достаточно отличающиеся от фермента по величине Е°, чтобы реакция протекала полностью до конца. Поэтому мы вряд ли сможем найти пример, где реакционную схему пришлось бы усложнить. Это позволяет также обойтись без громоздких математических выражений. [c.154]

Принцип действия микробных сенсоров. Сенсоры непосредственного действия, работающие в амперометрическом режиме, имеют явные преимущества перед аналогичными потенциометрическими сенсорами. Работоспособность сенсора, естественно, зависит от скорости установления равновесного стационарного потенциала и тока электрода в присутствии медиатора. При введении субстрата генерация электронов микроорганизмами приводит к увеличению концентрации восстановленного медиатора (и, следовательно, изменению редокс-соотношения), что в свою очередь вызывает сдвиг потенциала и прохождение тока через внешнюю нагрузку. При соответствующем выборе сопротивления нагрузки и концентрации компонентов амперометрический сигнал можно измерять в стационарных условиях, а деполяризующее действие микроорганизма становится субстрат-зависимым. Пределы чувствительности, точность и время отклика такого сенсора будут определяться величиной тока, получаемого при данных количествах клеток микроорганизма и субстрата. Кроме рассмотренных биологических факторов ток сенсора будет зависеть от эффективности реакции переноса электрона на каждом конце процесса а) переноса электронов от его источника в микроорганизме к медиатору б) переноса электронов от медиатора к базовому электроду. На обе эти реакции влияют ограничения, связанные с электрохимической активацией и массопереносом. Они могут приводить к значительной поляризации и низкой эффективности работы элемента. [c.244]

Предположим, например, что создан сенсор, в котором используется 1 мг (сухой вес) микроорганизмов и 0,1 мл 1 мМ раствора медиатора (одноэлектронного окислительно-восстановительного агента). Таким образом, система содержит моль медиатора, и с учетом числа Фарадея F = 10 Кл/моль для полного восстановления медиатора требуется количество электричества 10 Кл. Эксперименты показывают, что в присутствии медиатора многие активные микроорганизмы способны поддерживать токи до 100 мкА/мг, что эквивалентно 10 " Кл/с, и, таким образом, они сравнительно слабо влияют на концентрацию медиатора. В такой системе субстрат (например, глюкоза) удаляется из анализируемого раствора со скоростью порядка [c.245]

Ионные окислительно-восстановительные системы, относительно быстро реагирующие с водородом, отщепляемым восстановителем, и непосредственно взаимодействующие с электродом, называются посредниками, или медиаторами. Для того чтобы такая окислительно-восстановительная система могла быть применена в качестве посредника, ее нормальный окислительный потенциал должен быть близок к нормальному окислительному потенииалу изучаемой системы и, кроме того, должна быть велика скорость восстановления посредника водородом, отщепляемым изучаемой системой. Применение посредников и ферментов при измерениях окислительного потенциала слабых систем достаточно освещено в литературе [c.177]

Более общим путем ускорения электродной реакции является добавление посредников (медиаторов). Посредниками являются ионные окислительно-восстановительные системы, относительно быстро реагирующие с водородом, отщепляемым восстановителем, находящемся в растворе, и непосредственно взаимодействующие с электродом. Таким образом, обмен электронами с электродом осуществляется посредником, который восстанавливается (или окисляется) окислительно-восстановительной системой. Для того чтобы ионная окислительно-восстановительная система могла выполнять роль посредника, ее нормальный окислительный потенциал должен быть близок к нормальному окислительному потенциалу изучаемой системы и, кроме того, должна быть велика скорость восстановления или окисления посредника. Тем самым посредник выполняет роль катализатора электродной реакции. Естественно, что концентрация посредника (метиленовый синий, ионы церия, феррицианид-ферродианид и др.) должна быть достаточно мала, чтобы концентрации окисленной и восстановленной форм изучаемой системы не изменились за счет добавления посредника. Применение посредников и ферментов при измерениях окислительных потенциалов достаточно освещено в литературе [1, 3]. [c.27]

Работы по топливным элементам дали много информации, необходимой для разработки сенсоров на основе микроорганизмов. Эффективность преобразования игнала зависит от скорости восстановления медиатора, которая существенно разли-тается для разных типов микроорганизмов и медиаторов. Это иллюстрирует приве-1енная в табл. 17.2 выборка данных из последних работ [42, 48]. Независимо от [c.243]

Условие обратимости электрохимической системы было определено в разделе II, А. Однако данное выше определение предназначено только для потенциометрии, и в нем отсутствует четко определенное различие между обратимыми и необратимыми окис-лительно-восстановительными системами. Например, установление равновесия является просто вопросом времени, и в качестве обратимых рассматриваются системы, у которых время, необходимое для достижения состояния равновесия, не превышает нескольких минут. В противоположность этому полярографические данные связаны с кинетикой исследуемых процессов. Поэтому полярографические условия обратимости являются значительно более строгими [99]. Система рассматривается как полярографически обратимая лишь в том случае, если в дополнение к термодинамической обратимости обладает достаточной подвижностью, и окисленная и восстановленная формы очень быстро приходят к равновесию с потенциалом электрода. Таким образом, концентрации электроактивных форм на поверхности электрода не должны меняться во времени при постоянном потенциале. Недостаточно подвижные процессы, даже термодинамически обратимые, в полярографии рассматриваются как необратимые [99]. Имеется относительно небольшое количество обратимых с точки зрения полярографии систем (к счастью, бопьшинство из них является гетероциклическими соединениями). Большинство электроактивных соединений претерпевает лишь необратимые изменения при окислительно-восстановительных процессах. Некоторые из этих систем (например, альдегид — спирт, кетон — спирт) реагируют с другими окислительно-восстановительными системами лишь очень медленно, но процесс может быть ускорен добавлением катализаторов и медиаторов. Однако имеются и такие системы, для которых равновесие не устанавливается вообще. Аналогичные свойства могут наблюдаться при установлении электродного потенциала в растворах таких необратимых систем. Эти трудности часто преодолевались посредством косвенных определений потенциалов и расчетов, подобных описанным в разделе IV. Для изучения необратимых процессов может быть использована полярография она является единственным общим методом, в котором скорость установления отношения Сок/Свос в зависимости от потенциала электрода изме- [c.252]

Исследование разобщения и сравнение разобщенных процессов с окислительным фосфорилированием позволяют глубже попять механизм самого фотофосфорилирования. Было показано, что ЭДТА удаляет из хлоропластов белок, служащий для сопряжения этих двух процессов. Б то же время механизм действия остальных, в химическом отношении совершенно различных, разобщающих агентов пока остается не выясненным. Понимание взаимодействия переноса электронов и фосфорилирования еще более затрудняется вследствие тех особенностей, которые свойственны различным медиаторам переноса электронов, особенно ферредоксину и ФМС. Так, например, согласно наблюдениям Дэвенпорта [20], скорость медиируемого фер-редоксином восстановления метгемоглобина может увеличиваться в присутствии аммиака, но не в присутствии фосфорилирующих аген- [c.576]

Изучение скоростей окисления смолы показало, что диффузия внутрь частиц по крайней мере на одну треть емкости смолы определяла скорость реакции. Бензохинон был восстановлен значительно быстрее, чем ион железа (И1), а вычисленная энергия активации для реакции с хиноном составляла 5,5 /скал/уколб, что подтверждало предполагаемый механизм реакции, согласно которому скорость реакции определялась диффузией внутрь частицы. Электрометрическое титрование смолы в присутствии Ре (И) и Ре(П1) в качестве медиаторов привело к стандартные потенциалам (вычисленным при рН = 0) в пределах 0,640—0,715 в, тогда как по- [c.212]

ТМФД, бимолекулярная константа скорости практически на два порядка больше, чем т. Кроме того, в восстановительных условиях Ен< 250 мВ) концентрация восстановленной формы медиатора больше, чем окисленной. Поэтому при достаточно большой концентрации медиатора кинетически возможна такая ситуация, когда релаксация [c.262]

На рис. 30, А гем Ьн расположен вблизи поверхности мембраны, обращенной в матрикс, а гем bi — в середине мембраны. Такая локализация гемов Ь была постулирована П. Митчелом и экспериментально доказана А. А. Константиновым. Оказалось, что водорастворимый непроникающий редокс-медиатор Ки(КНз)б " (гексааминорутений) восстанавливает гем Ьн при добавлении к вывернутым субмитохондриальным пузырькам с такой же скоростью, как в случае выделенного комплекса Ьси Такого восстановления не наблюдали, когда вместо субмитохондриальных пузырьков исследовали митохондрии или протеолипосомы с той же ориентацией комплекса Ьс, что и в митохондриях. В этих случаях для восстановления гема Ьн требовался проникающий медиатор ФМС. [c.87]

Скорость образования в растворе восстановленного медиатора M d измеряют амперометрически, окисляя его на электроде. [c.213]

Здесь О и R - окисленная и восстановленная формы поверхностного медиатора. Если скорость медиаторной реакции велика, а стсорость восстановления или окисления иммобилизованной пары еше выше, то субстрат (NADH) начинает окисляться при потенциале, близком к стандартному потенциалу Е° для данной пары 0/R. Это значительно уменьшает перенапряжение электрохимической реакции и, таким образом, подавляет посторонние процессы. Кроме того, окисление NADH протекает с высокой эффективностью (относительно рециклирования биологически важного NAD ) и не загрязняет электрод. [c.218]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология