Биоэлектрогенез - Bioelectrogenesis

Электрический угорь использует электрошок как для охоты и самообороны.

Биоэлектрогенез - это производство электричества живыми организмами, явление, относящееся к науке электрофизиологии . В биологических клетках электрохимически активный трансмембранный ионный канал и белки-переносчики, такие как натрий-калиевый насос , делают возможным производство электроэнергии за счет поддержания дисбаланса напряжений из-за разницы электрических потенциалов между внутриклеточным и внеклеточным пространством. Натрий-калиевый насос одновременно высвобождает три иона Na и подает два иона K внутрь внутриклеточного пространства. Это создает градиент электрического потенциала из созданного неравномерного разделения зарядов. Этот процесс потребляет метаболическую энергию в виде АТФ .

Биоэлектрогенез у рыб

Этот термин обычно относится к способности вырабатывать электричество у некоторых водных существ, таких как электрический угорь , электрический сом , два рода звездочетов , электрические скаты и, в меньшей степени, черный призрак-нож . Рыбы, демонстрирующие такой биоэлектрогенез, часто также обладают электрорецептивными способностями (которые более распространены) как часть интегрированной электрической системы. Электрогенез может использоваться для электролокации , самообороны, электросвязи и иногда для оглушения добычи.

Биоэлектрогенез в микробной жизни

Другие электрические рыбы
Электрический луч
Электрический сом
Северный звездочет

Первые примеры биоэлектрогенной микробной жизни были идентифицированы в пивных дрожжах (Saccharomyces cerevisiae) М.С. Поттером в 1911 году с использованием ранней версии микробного топливного элемента (MFC). Было установлено, что химическое действие при расщеплении углерода, такое как ферментация и разложение углерода в дрожжах, связано с производством электричества.

Разложение органического или неорганического углерода бактериями сопровождается высвобождением электронов внеклеточно по направлению к электродам, которые генерируют электрические токи. Освободившиеся электроны микроба переносятся биокаталитическими ферментами или окислительно-восстановительными соединениями от ячейки к аноду в присутствии жизнеспособного источника углерода. Это создает электрический ток, когда электроны движутся от анода к физически разделенному катоду .

Существует несколько механизмов внеклеточного транспорта электронов. Некоторые бактерии используют нанопровода в биопленке для переноса электронов к аноду. Нанопроволоки состоят из пилей, которые действуют как канал для прохождения электронов к аноду.

Электронные шаттлы в форме окислительно-восстановительных соединений, таких как флавин , который является кофактором , также могут переносить электроны. Эти кофакторы секретируются микробом и восстанавливаются ферментами, участвующими в окислительно-восстановительном процессе, такими как цитохром С, внедренным на поверхность клетки микроба. Восстановленные кофакторы переносят электроны на анод и окисляются.

В некоторых случаях перенос электронов опосредуется самим ферментом, вовлеченным в окислительно-восстановительный потенциал клеточной мембраны. Цитохром С на поверхности клетки микроба напрямую взаимодействует с анодом для переноса электронов.

Перепрыгивание электронов от одной бактерии к другой в биопленке к аноду через цитохромы их внешней мембраны также является другим механизмом переноса электронов.

Эти бактерии, переносящие электроны во внешнюю среду микроба, называются экзоэлектрогенами.

Электрогенные бактерии присутствуют во всех экосистемах и средах. Сюда входят среды в экстремальных условиях, такие как гидротермальные источники и сильно кислые экосистемы, а также обычные природные среды, такие как почва и озера. Эти электрогенные микробы наблюдаются посредством идентификации микробов, которые обитают в электрохимически активных биопленках, сформированных на электродах MFC, таких как Pseudomonas aeruginosa .

Смотрите также

Рекомендации