Кафедра Химической энзимологии,
НИЛ Кинетики и механизма ферментативных прроцессов

Обсуждается явление биоэлектрокатализа - ускорение ферментами процессов переноса электронов на границе раздела фаз электронный/ионный проводник при непосредственном контакте фермента с электронным проводником. Обнаруженное явление внесено в Государственный реестр открытий СССР (N311) [1]. Рассмотрен механизм переноса электрона между электрон-проводящей матрицей и активным центром фермента. Приведены теоретические и экспериментальные доказательства тунельной природы процесса переноса электронов.

Явление биоэлектрокатализа исследовано на примере трех базовых ферментов - гидрогеназы (окисление-восстановление молекулярного водорода), голубой медьсодержащей оксидазы (восстановление молекулярного кислорода), пероксидазы (восстановление пероксида водорода). Изучена электрохимическая кинетика процессов, полученные данные интерпретированы в рамках механизмов ферментативных реакций [2].

Для эффективного сопряжения ферментативных и электрохимических процессов использованы электрон-проводящие полимеры. Создан и исследован ряд полимерных проводников с иммобилизованными окислительно-восстановительными ферментами.

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 [3]. 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) [4].

1. С.Д.Варфоломеев, М.Р.Тарасевич, А.И.Ярополов, И.В.Березин, В.А.Богдановская, Государственный реестр открытий СССР, открытие N311, 19 декабря 1985 г.

2. С.Д.Варфоломеев, Конверсия энергии биокаталитическими системами, монография, М., Из-во МГУ, 1981.

3. S.D.Varfolomeev, I.N.Kurochkin, A.I.Jaropolov. Direct electron transfer effect biosensors. Biosensors and bioelectronics, 11, 863-871 (1996).

4. С.Д.Варфоломеев, Ю.М.Евдокимов, М.А.Островский. Сенсорная биология, сенсорные технологии и создание новых органов чувств человека. Вестник РАН, 2000, 70, N1, с.21-30.