Фермент гидрогеназу
Для катодного процесса можно использовать фермент гидрогеназу, катализирующий реакцию. Возникает естественный вопрос: как передать электроны с активного центра фермента на анод? Возможны различные варианты. Можно ввести в систему дополнительное вещество – так называемый медиатор, который будет играть роль переносчика электрона с активного центра на электрод. Удобным медиатором оказался метилвиологен:
Фермент может быть как растворимым, так и иммобилизованным на электроде. Очень удачным способом иммобилизации гидрогеназы оказалась ее адсорбция на саже, идущая практически необратимо и почти с полным сохранением активности.
Иммобилизация на саже позволила осуществить и другой путь передачи электрона: непосредственно с активного центра на электрод. Это схематически выглядит так:
Этот путь, несомненно, очень перспективен, так как сильно упрощает систему. Перенос электрона на электрод, по-видимому, идет как туннельный переход. Сама идея прямого переноса электрона побудила исследователей разрабатывать специальные методы иммобилизации ферментов на электродах, при которых фермент оказывался бы в проводящем окружении. Это удается сделать, используя проводниковые и полупроводниковые матрицы для иммобилизации на основе «органических металлов». Сюда относятся ненасыщенные полимеры, например полиакрилонитрил, обработанный нагреванием до 85° С, а также полимеры, содержащие ион-радикальные центры. Гидрогеназа, помещенная в подобную матрицу, эффективно взаимодействует с электродом.
Теперь обратимся к катодному процессу. Здесь хорошие результаты были получены при использовании фермента лакказы. Катод, полученный иммобилизацией лакказы на саже, характеризуется равновесным потенциалом, т. е. здесь также идет прямая передача электрона на активный центр фермента без какого-либо медиатора.
Итак, имеющиеся данные по ферментным электродам довольно обнадеживающи, и можно рассчитывать на создание в недалеком будущем эффективных биоэлектро-каталитических систем.