ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................... 5
ГЛАВА 1. ЯВЛЕНИЕ БИОЭЛЕКТРОКАТАЛИЗА И ЕГО
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ (обзор литературы).................................. 15
1.1 Классификация биоэлектрокаталитических систем ...................... 15
1.2 Классификация биотопливных элементов ...................................... 17
1.2.1 Микробный топливный элемент................................................ 19
1.2.2 Ферментативный топливный элемент....................................... 30
1.2.3 БТЭ на основе биомиметиков .................................................... 40
1.3 Области применения биоэлектрокаталитических систем ............. 41
1.4 Биоэлектрокатализ и электрокатализ: теории и механизмы......... 43
1.4.1 Теории и механизмы электрокатализа ...................................... 44
1.4.2 Теории и механизмы биоэлектрокатализа ................................ 51
1.5 Особенности выбора редокс-медиаторных систем........................ 58
1.6 Метаболизм E. coli............................................................................. 64
1.7 Выделение и очистка ферментов из микробиологических
источников.......................................................................................................... 68
1.8 Заключение к главе 1......................................................................... 71
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ........................................ 73
2.1 Метод получения белкового экстракта из культуры E. coli BB.... 73
2.2 Метод получения белкового экстракта из культуры Saccharomyces
cerevisiae.............................................................................................................. 74
2.3 Метод определения концентрации белка в белковом экстракте .. 75
2.4 Методы определения дегидрогеназной активности белкового
экстракта ............................................................................................................. 76
2.4.1 Метод определения дегидрогеназной активности белкового
экстракта с помощью 2,3,5 - трифенилтетразолия хлорида ....................... 76
3
2.4.2 Метод определения дегидрогеназной активности белкового
экстракта с помощью феррицианида калия ................................................. 76
2.5 Изучение электрокаталитической активности белкового экстракта
.............................................................................................................................. 81
2.5.1 Электрохимическая ячейка. Подготовка электродов .............. 81
2.5.2 Приготовление растворов ........................................................... 83
2.5.3 Циклическая вольтамперометрия .............................................. 84
2.5.4 Хроноамперометрия .................................................................... 84
2.6 Определение содержания ионов в активном окислительновосстановительном центре ферментов в экстракте........................................ 84
2.7 Фракционная очистка белковых экстрактов методом диализа..... 85
2.7.1 Проведение диализа .................................................................... 85
2.7.2 Характериcтика белковых экстрактов после диализа.............. 86
2.8 Тестирование белкового экстракта в прототипе биотопливного
элемента .............................................................................................................. 86
2.8 Заключение к главе 2......................................................................... 88
ГЛАВА 3. ДЕГИДРОГЕНАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ БЕЛКОВЫХ
ЭКСТРАКТОВ ИЗ ШТАММА E. COLI BB ....................................................... 89
3.1 Влияние условий получения белковых экстрактов на их
дегидрогеназную активность............................................................................ 89
3.2 Дегидрогеназная активность экстрактов из штамма E. coli BB в
зависимости от фазы роста культуры микроорганизма и природы субстрата
.............................................................................................................................. 94
3.3 Спектроскопический способ оценки дегидрогеназной активности
белковых экстрактов, полученных из микроорганизмов, с помощью
феррицианида калия .......................................................................................... 98
4
3.4 Применимость разработанного подхода к получению
биоэлектрокатализаторов из иного класса микрорганизмов, Saccaromyces
cerevisiae............................................................................................................ 100
3.5 Заключение к главе 3....................................................................... 105
ГЛАВА 4 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ БЕЛКОВЫХ
ЭКСТРАКТОВ..................................................................................................... 107
4.1 Определение механизма биоэлектрохимической реакции.......... 107
4.2 Выбор редокс-медиаторной системы ............................................ 109
4.3 Сравнение электрокаталитической активности грубых экстрактов,
полученных на различных стадиях роста E. coli BB.................................... 118
4.4 Влияние ионной силы, рН и типа буферной системы на
электрохимическую активность белковых экстрактов ................................ 120
4.5 Определение температурного оптимума
биоэлектрокаталитической реакции с участием грубых экстрактов E. coli BB
............................................................................................................................ 125
4.6 Влияние концентрации реагентов на электрохимическую
активность белковых экстрактов. Кинетические закономерности
биоэлектрохимической реакции..................................................................... 126
4.7 Электрохимическая активность белкового экстракта после
различных стадий очистки.............................................................................. 135
4.8 Снижение токовых потерь от пассивации электрода при помощи
диализных мембран ......................................................................................... 146
4.9 Пробные испытания биоэлектрохимической активности живых
клеток E. coli..................................................................................................... 149
4.10 Апробация работы модельного биотопливного элемента с
белковым экстрактом в качестве анодного катализатора............................ 154
4.11 Заключение к главе 4..................................................................... 161
ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................... 164
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ........................................... 166
