Научные открытия России
Государственный реестр открытий СССР
 


ЧЕЛОВЕК, БИОЛОГИЯ
Научные открытия в области физиологии.



Научное открытие "Свойство ферментов участвовать в переносе электронов (биоэлектрокатализ)".

Формула открытия: "Установлено неизвестное ранее свойство ферментов — биокатализаторов окислительно-восстановительных реакций участвовать в переносе электронов между электродом и субстратом при непосредственном контакте фермента с электродом".
Авторы: И. В. Березин, В. А. Богдановская, С. Д. Варфоломеев, М. Р. Тарасевич, А. И. Ярополов.
Номер и дата приоритета: № 311 от 12 января 1978 г.
Дата регистрации: 19 декабря 1985 г.


Описание открытия.
Исследования проводились в Институте биохимической физики им. Н.М. Эммануэля. Сущность открытия состоит в том, что ферменты в иммобилизованном на электроде состоянии осуществляют транспорт электронов непосредственно между электродом и субстратом без участия низкомолекулярных переносчиков. При этом окислительно-восстановительные превращения субстратов протекают в условиях, близких к равновесным, благодаря чему наблюдаются эффекты значительного ускорения электрохимических реакций по сравнению с действием известных низкомолекулярных катализаторов. Показано, что процессы обмена электронами между электродом и ферментом осуществляются по механизму туннельного переноса.

Открытие вносит существенные изменения в уровень познания механизма поведения электронов в биологических и электрохимических системах, позволяет сформулировать основные положения по прогнозированию каталитической активности для ряда электрохимических реакций и обосновать представления об оптимальных синтетических электрокатализаторах — моделях ферментов.

Практическое значение открытия заключается в создании на его основе ферментных электродов для целей электрохимической энергетики при преобразовании химической энергии в электрическую, а также аналитических устройств, отличающихся очень высокой селективностью, благодаря чему они не имеют себе равных при биомедицинской диагностике. Биоэлектрокатализ позволяет решить проблему биоспецифического электросинтеза, то есть искусственного получения на ферментных электродах различных соединений, в том числе физиологически активных.
Практические применения биоэлектрокатализа связаны с созданием новых преобразователей энергии (биохимический топливный элемент), систем электросинтеза, процессинга информации и биосенсоров. Последние получили наиболее завершенное развитие. Биосенсоры на основе прямых электрических "контактов" между электронным проводником и активным центром фермента позволяют в безреагентном амперометрическом и потенциометрическом режиме проводить аналитическое экспресс определение метаболитов, поллютантов, суперэкотоксикантов. Достижение в этой области иллюстрируются рядом конкретных примеров, включая определение глюкозы, фенола и полифенолов, боевых отравляющих веществ типа зарин, зоман, Vx. Обсуждаются тенденции развития сенсорных технологий, таких как разработка многопараметрического анализа многокомпонентных систем в рамках единого аналитического формата (мультичиповый анализ) и создание систем сопряжения биосенсоров с рецеторными системами человека (создание новых органов чувств).

На основе открытия сделан ряд изобретений, защищенных авторскими свидетельствами.

Более подробно сущность открытия изложена в следующих публикациях:
С.Д.Варфоломеев, Конверсия энергии биокаталитическими системами, монография, М., Изд. МГУ, 1981г.
С.Д.Варфоломеев, Ю.М.Евдокимов, М.А.Островский. Сенсорная биология, сенсорные технологии и создание новых органов чувств человека. Вестник РАН, 2000г., №1.




Главная
КОСМОС
ЗЕМЛЯ
ЧЕЛОВЕК, БИОЛОГИЯ
ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ
ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА
МАТЕМАТИКА
Сайт создан в системе uCoz