Введение к работе
Актуальность темы. Неорганические полупроводники могут выступать в качестве фотосенсибилизаторов ряда окислительно-восстановительных реакций, катализируемых ферментами. К настоящему времени показаны процессы образования молекулярного водорода, фотообразования NAD(P)H, фотофиксации СОг, фотосинтеза органических соединений, катализируемые ферментами и сенсибилизированные неорганическими полупроводниками. До сих пор фотореакции с участием полупроводников и ферментов изучались лишь в связи с задачей моделирования определенных биологических процессов. Однако обнаружение биосинтеза полупроводника CdS в микроорганизмах и клетках растений позволяет предположить, что протекание фотосенсибилизированных полупроводниками реакций возможно также in vivo. Необходимым условием участия фермента в фотореакции, сенсибилизированной полупроводником, является обеспечение переноса фотогенерированного в частице полупроводника электрона к активному центру фермента. С этой целью, как правило, используется переносчик электрона. Показан также прямой перенос электрона от полупроводника к ферменту. Было обнаружено, что сенсибилизированная CdS и катализируемая NAD-зависимой гидрогеназой из Alcaligenes eutrophus фотореакция восстановления NAD до NADH может протекать с участием металлического кадмия, фотообразованного на поверхности CdS. Сделано предположение, что металл образуется при фотовоссгановлении катионов решетки CdS и выступает в качестве донора электрона - субстрата для фермента. Фотообразовакие металлического кадмия, сенсибилизированное CdS, показано также in vivo. В фотокатализе химических реакций нанесение металлов на поверхность неорганических полупроводников применяется для изменения каталитических свойств полупроводниковых сенсибилизаторов. Можно ожидать, что модификация поверхности полупроводниковых частиц металлами будет оказывать существенное влияние на протекание реакций, фотосенсибилизированных полупроводниками и катализируемых
адсорбированными на их поверхности ферментами как в модельных, так и в
биологических системах.
Следует отметить, что перенос электронов между редокс - белками и
металлическими электродами широко исследуется в связи с разработкой
биосенсоров и изучением электрохимических свойств редокс-белков.
Цель И задачи работы. Целью настоящей работы является исследование
механизма участия металлов в окислительно-восстановительных фотореакциях,
протекающих в водных суспензиях частиц CdS с участием ферментов.
В соответствии с этим поставлены следующие задачи:
1. Осуществить сенсибилизированное CdS фотовосстановление катионов
металлов до металлического состояния в условиях протекания ферментативных
реакций.
2. Изучить закономерности ферментативных реакций с участием металла в
качестве субстрата - донора электрона.
3. Исследовать влияние металлов, нанесенных на неорганические
полупроводники, на фотообразование водорода, сенсибилизированное
частицами CdS и катализируемое адсорбированной на поверхности частиц
гидрогеназой.
Научная новизна. Исследовано влияние модификации поверхности неорганического полупроводника CdS металлами на фотореакции, сенсибилизированные CdS и катализируемые оксидоредуктазами. Показано, что металл может участвовать в реакции в качестве субстрата - донора электрона для фермента или активировать перенос фотогенерированного в полупроводнике электрона на активный центр фермента. Показано, что гидрогеназа Thiocapsa roseopersicina и ферредоксин - NADP оксидоредуктаза Chlorella (и из листьев шпината) катализируют окисление металлического кадмия в водных средах при анаэробных условиях. Обнаружено, что гидрогеназа Т. roseopersicina катализирует также окисление металлического свинца. Изучено влияние неорганического полупроводника и продукта окисления металла на ферментативные реакции с участием металлов в качестве окисляющегося субстрата.
Практическая ценность работы. Полученные в настоящей работе
результаты могут быть использованы при разработке систем, преобразующих
солнечную энергию в химическое топливо, а также при создании биосенсоров.
Сделанные в работе выводы о механизмах участия ферментов в процессах
анаэробной биокоррозии могут найти применение при создании материалов,
устойчивых по отношению к микробиологической коррозии.
Апробация работы. Полученные результаты были представлены на первой
всероссийской конференции фотобиологов (Пущино, 1996) и пяти
международных конференциях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь работ.
Структура И объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,