Биологический каталог




Структура и функции мембран

Автор В.К.Рыбальченко, М.М.Коганов

При достаточно малой рабочей поверхности микроэлектрода вся прилегающая к нему область раствора, из которой потребляется вещество для электрохимической реакции, оказывается в неперемешиваемой зоне. Благодаря этому условию работа микроэлектродов практически не зависит от гидродинамики среды, в которой производятся измерения. Следует отметить быстроту развития переходных процессов на микроэлектродах — при диаметре рабочей поверхности в несколько микрометров стационарное состояние диффузионного процесса на нем устанавливается практически за несколько миллисекунд. Это позволяет по изменению стационарного тока регистрировать быстрые изменения концентрации кислорода с характеристическими временами порядка 10-2 с. При измерении микроэлектроды потребляют незначительное количество кислорода. Поэтому в суспензиях клеток или органоидов аэробные условия сохраняются во всей исследуемой системе.

Поскольку условия работы микроэлектродов не зависят от перемешивания, протекание электродной реакции на них может быть адекватно описано уравнениями диффузионной кинетики. Это позволяет по значению предельного диффузионного тока непосредственно рассчитать концентрацию кислорода в системе без предварительной калибровки электрода. Поэтому рабочей поверхности микроэлектродов стремятся придать такую конфигурацию, при которой реализуется та или иная геометрия диффузионного процесса. С точки зрения простоты описания этих процессов, оптимальной формой микроэлектродов является полусфера, выступающая над плоскостью изолятора. Диффузионные процессы вблизи такого электрода легко поддаются анализу.

Однако практически изготовление микроэлектродов полусферической конфигурации связано с определенными трудностями. Кроме того, существует ряд чисто методических сложностей, например, невозможность обновления такой рабочей поверхности без изменения ее площади. Поэтому чаще всего микроэлектродом служит торец микропровода, впаянного в стекло. Рабочая поверхность микроэлектрода в этом случае имеет конфигурацию проводящего диска на изолирующей плоскости. Электродная реакция на микродисковом электроде протекает иначе, чем на полусферическом, и не может быть описана уравнениями сферической диффузии. Закономерности работы микродискового электрода были проанализированы в работах О. С. Ксенжека и Г. А. Лобача (1980, 1981). В частности, было получено выражение,для предельного диффузионного тока, которое имеет следующий вид:

/ = AnFDC0la, (56)

где / — регистрируемый предельный ток; п — количество электронов в реакции; F — постоянная Фарадея, равная 96 500 А-с-моль-1; D — коэффициент диффузии редокс-агента; а — радиус рабочей поверхности микродискового Рис. 70. Блок-схема установки для измерения светоиндуцированного выделения кислорода при помощи микроднскового электрода:

/ — усилитель; 2 — регистрирующий прибор; 3 — баллон с аргоном; 4 — источник света; 5 — светофильтр; 6 — зеркальный отражатель; 7 — гндроза-твор; 8 — герметическая ячейка с мнкроднсковым электродом; 9 — блок поляризации

электрода; Со2 — концентрация редокс-аген-та в объеме раствора. При восстановлении кислорода количество электронов в реакции равно 4, коэффициент диффузии D = 2,6 X Х10-5 см2-с-' (Кольтгофф, Лингейн, 1948).

Эти данные позволяют использовать микродисковые электроды, например, для регистрации выделяющегося при фотосинтезе кислорода по стационарному предельному току его восстановления. Преимущества таких электродов могут быть реализованы, в частности, при изучении динамики кислородного обмена в суспензиях хлоропластов и микроводорослей в аэробных и анаэробных условиях.

Оборудование: для измерения светоиндуцированного выделения кислорода используется установка, блок-схема которой приведена на рис. 70. Установка состоит из герметичной ячейки с микродисковым электродом, быстродействующего усилителя, блока поляризации электродной системы, источника света, а также регистрирующего прибора.

На рис. 71 приведена конструкция герметичной ячейки. Нижняя часть ячейки представляет собой стеклянный цилиндр с плоским дном. Крышка, изготовленная из органического стекла, должна плотно входить в стек-

Рис. 71. Конструкция герметической ячейки для измерений содержания кислорода в суспензии микроводорослей: / — вспомогательный хлорсеребряный электрод;. 2 — мнкроднсковой электрод; 3 — гидрозатвор; 4 — слой суспензии мнкроводорослей;

5 — нижняя часть корпуса ячейки;

6 — крышка ячейки; 7 — кран для регулировки подачи аргона

Аргон лянный цилиндр. Для лучшей герметизации перед сборкой ячейки на место соединения верхней и нижней частей наносится вакуумная смазка. Рабочий и вспомогательный (хлорсеребряный) электроды устанавливаются в крышке неподвижно, так чтобы расстояние рабочей поверхности микродискового электрода до дна ячейки составляло не более 1 мм. Места крепления электродов тщательно герметизируются. При реализации анаэробных условий кислород, растворенный в суспензии, отдувается аргоном. Для этого в крышке ячейки предусмотрены отверстия для входа и выхода газа. Обмен растворенного кислорода на аргон должен происходить через поверхность слоя суспензии. Поэтому ячейка не заполняется полностью. Следует избегать вспенивания суспензии, так как раствор перестанет контактировать с электродами.

Освещение суспензии производится через прозрачное дно ячейки. Для предотвращения фотореакции хлорсереб-ряного электрода на пути света ставится красный светофильтр КС-3, пропускающий свет с длиной волны ~550 нм. В качестве осветителя используется кинопроекционная лампа, обеспечивающая интенсивность освещения порядка 1000 лкс/см2.

Изменение тока в системе за счет восстановления на микродисковом электроде выделившегося на свету кислорода, как правило, невелико — порядка 10-10 А. Поэтому для усиления сигнала необходимо использовать приборы с высоким входным сопротивлением и быстродействием. В качестве такого прибора может использоваться электрометрический усилитель типа У5-9. Для записи сигнала на выход усилителя подключается самопи

страница 73
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Структура и функции мембран" (2.22Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.09.2019)