Электромагнитные поля в биосфере - Красногорская Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
направлении. . Как известно, вентильные эффекты могут возникать на
границе раздела между полупроводниками с разным типом проводимости при
наложении электричеокого поля /27,28/. Вентильные эффекты должны
обеопечивать одностороннее перемещение электричеокого тока в био-ЭХГ и
последовательное перемещение зон повышенной активнооти от одного органа к
другому.
Важным следствием полупроводниковой природы сред в био-ЭХГ является
сильная зависимость их электрических и электрохимических свойств от
факторов, влияющих на энергетическую структуру полупроводников.
Действительно, как показано в /29-35/, реакционная способность
полупроводникового электрода определяется природой и концентрацией
собственных и примесных дефектов: овободных электронов в зоне
цроводимооти, дырок в ва -лентной зоне и локальных примесных подуровней в
запрещенной зоне. Свет и другие электромагнитные излучения, давление,
нагрев, введение элект-роактивных примесей, наложение электрических и
магнитных полей и т.д., изменяя концентрацию дефектов, тем оамым могут
неспецифически изменять реакционную опоообность полупроводниковых
электродов. Так, например,, введение ничтожных количеств акцепторов
электронов, увеличивая концентрацию дырок в валентной зоне, резко
ускоряет анодные реакции.В случае введения в полупроводниковый электрод
ггримесей-доноров электронов увеличится концентрация электронов в зоне
проводимости. Это приведет к ускорению катодных, но замедлению анодных
реакций /30-32/. Обратим внимание на сильную зависимость скороотей
электродных реакций от потенциала: его изменение на 58 мВ вызывает
изменение тока в десять раз. Все эти, а также ряд других явлений, в
основе которых лежит вляние примесей на реакционную опоообность
полупроводниковых электродов, например электрокатализ, эффекты"памятиу
"тренировки", "отравления", адаптации
От металла полупроводник отличается наличием в его энергетической
отруктуре зоны запрещенных соотояний для электронов, что обусловливает
наличие носителей тока двух типов: р-тип - электроны в валентной зоне и
п-тип - электроны в зоне проводимости, а также сильную неспецифическую
зависимость от всех факторов, изменяющих энергетическую отруктуру
полупроводника. Так, все факторы, изменяющие концентрацию свободных
носителей тока, соответственным образом изменяют проводимость и
реакционную способность. Это свет, давление, тепло, цримеси
электроактивннх ве-щеотв, электричеокий ток, электрические и магнитные
поля и т.д. Помимо электронной, некоторым полупроводникам свойственна
ионная проводимость, которая в некоторых случаях бывает преобладающей
/27/.
135
и т.д., должны иметь и,по-видимому имеют в живой природе широкое
распространение и многообразие видов.
Рассмотрим полупроводниковую электрохимическую модель метаболизма болае
подробно для клеточного уровня, в частности на примере работы
митохондрий. Предполагаем, что на внутренней стороне фосфолипидной мем-
мбраны, окружающей митохондрию, на участках с особыми каталитическими
свойствами происходит анодное окисление продуктов' пищеварения.
Вследствие этого на них устанавливается более отрицательный
электрохимический потенциал, свойственный этим реакциям. На других местах
мембраны, с другими каталитическими группами, происходит катодное
восстановление окислителей, например кислорода и на них устанавливается
более положительный электрохимический потенциал, свойственный
окислителю.Мембрана выполняет таким образом роль электрохимического
генератора, превращающего химическую энергию, содержащуюся в метаболитах,
в электроэнергию. Электрический ток (поток электронов и ионов) между
анодом и катодом в мембране определяется разностью потенциалов и
электропроводностью мембраны. Протекая через мембрану,сн снижает разность
потенциалов между анодом и катодом тем сильнее, чем меньше реакционная
способность электродов (их электрохимическая буферность). Последняя, как
упоминалось выше, у полупроводникового электрода сильно и по разному для
анода и катода зависит от примесных дефектов в их запрещенной зоне.
Обратим внимание на то, что анодное окисление продуктов пищеварения на
аноде всегда сопровождается образованием в качестве продукта реакции
ионов водорода, т.е. подкислением электролита. Вследствие ионного
равновесия это ведет к обогащению поверхности электрода протонами, на
ней, как говорят, образуется "слой пространственного заряда". Катодное
восстановление кислорода сопровождается, наоборот, подщелачиванием
электролита и обеднением поверхности электрода протонами, поскольку в
этом случае они в реакции расходуются.
В биомембране протоны образуют донорны^подуровни, которые активируют
катодную, но пассивируют анодную реакции. Поэтому они в принципе способны
осуществлять отрицательную обратную связь между этими реакциями.
Действительно, образуясь в анодной реакции, протоны снижают анодный
потенциал, причем вначале равновесно - на58мВ на единицу pH, а затем, по
