Što je fotoliza?

fotoliza To je kemijski proces zbog kojeg apsorpcija svjetlosti (zračeće energije) omogućuje razbijanje molekule na manje komponente. To jest, svjetlo osigurava energiju potrebnu za razbijanje molekule u njenim sastavnim dijelovima. Poznat je i po imenima fotodomocijacije ili fotodisociacije.

Primjerice, fotoliza vode je temeljna za postojanje složenih životnih oblika na planeti. To se provodi biljkama koje koriste sunčevo svjetlo. Razgradnja molekula vode (H₂O) rezultira molekularnim kisikom (O₂): vodik se koristi za skladištenje reducirajuće snage.

Općenito možemo reći da fotolitičke reakcije uključuju apsorpciju fotona. To dolazi od zračeće energije različitih valnih duljina, i stoga, s različitim količinama energije.

Kada se foton apsorbira, mogu se dogoditi dvije stvari. U jednoj od njih, molekula apsorbira energiju, postaje uzbuđena i zatim se opušta. U drugoj, ta energija omogućuje lomljenje kemijske veze. Ovo je fotoliza.

Ovaj proces se može povezati s formiranjem drugih veza. Razlika između apsorpcije koja generira promjene u onu koja se ne zove kvantni prinos.

To je posebno za svaki foton, jer ovisi o izvoru emisije energije. Kvantni prinos je definiran kao broj reaktantnih molekula modificiranih po apsorbiranom fotonu.

indeks

• 1 Fotoliza u živim bićima
  • 1.1 Fotosustavi I i II
  • 1.2 Molekularni vodik
• 2 Nebiološka fotoliza
• 3 Reference

Fotoliza u živim bićima

Fotoliza vode nije nešto što se događa spontano. Naime, sunčeva svjetlost ne razbija vodikove veze s kisikom samo zato što. Fotoliza vode nije nešto što se jednostavno događa, već je učinjeno. Isto tako i živi organizmi koji su sposobni provesti fotosintezu.

Da bi se taj proces proveo, fotosintetski organizmi pribjegavaju takozvanim reakcijama svjetla fotosinteze. A da bi se to postiglo, koriste se, očito, biološke molekule, od kojih je najvažniji klorofil P680.

U takozvanoj Hill Reaction-u, nekoliko lanaca prijenosa elektrona dopušta molekularni kisik, energiju u obliku ATP-a i reducirajuću snagu u obliku NADPH koja se dobiva iz fotolize vode..

Posljednja dva proizvoda ove svjetleće faze koristit će se u tamnoj fazi fotosinteze (ili Calvinovog ciklusa) kako bi asimilirali CO₂ i proizvode ugljikohidrate (šećere).

Photosystems I i II

Ti se transportni lanci nazivaju fotosustavi (I i II), a njihove se komponente nalaze u kloroplastima. Svaki od njih koristi različite pigmente i apsorbira svjetlost različitih valnih duljina.

Središnji element cjelokupnog konglomerata je, međutim, centar za sakupljanje svjetlosti koji čine dva tipa klorofila (a i b), različiti karotenoidi i 26 kDa protein.

Zarobljeni fotoni se zatim prenose u reakcijske centre u kojima se događaju već spomenute reakcije.

Molekularni vodik

Drugi način na koji su živa bića koristila fotolizu vode uključuje stvaranje molekularnog vodika (H₂). Iako živa bića mogu proizvesti molekularni vodik drugim putevima (na primjer, djelovanjem bakterijskog formiatohidrogenoliasa enzima), proizvodnja iz vode je jedna od najekonomičnijih i učinkovitijih..

To je proces koji se pojavljuje kao dodatni korak kasnije ili neovisno o hidrolizi vode. U ovom slučaju, organizmi sposobni za provođenje reakcija svjetlosti mogu učiniti nešto dodatno.

Upotreba H⁺ (protoni) i e- (elektroni) izvedeni iz fotolize vode za stvaranje H₂ zabilježena je samo u cijanobakterijama i zelenim algama. U indirektnom obliku, proizvodnja H₂ je nakon fotolize vode i stvaranja ugljikohidrata.

Obavljaju ga oba tipa organizama. Drugi oblik, izravna fotoliza, još je zanimljiviji i provode ga samo mikroalge. To uključuje kanaliziranje elektrona izvedenih iz laganog pucanja vode iz fotosustava II izravno u enzim koji proizvodi H.₂ (Hidrogenaze).

Ovaj enzim je, međutim, vrlo osjetljiv na prisutnost O₂. Biološka proizvodnja molekularnog vodika fotolizom vode područje je aktivnog istraživanja. Cilj mu je osigurati jeftine i čiste alternative za proizvodnju energije.

Nebiološka fotoliza

Razgradnja ozona ultraljubičastim svjetlom

Jedna od najviše proučavanih nebioloških i spontanih fotoliza je razgradnja ozona ultraljubičastim (UV) svjetlom. Ozon, azotropni kisik, sastoji se od tri atoma elementa.

Ozon je prisutan u različitim područjima atmosfere, ali se akumulira u ozonosferi. Ova zona visoke koncentracije ozona štiti sve oblike života od štetnog djelovanja UV svjetla.

Iako UV svjetlost igra važnu ulogu u stvaranju i razgradnji ozona, ona predstavlja jedan od najznačajnijih slučajeva molekularne razgradnje zračenjem..

S jedne strane, to znači da ne samo vidljivo svjetlo može omogućiti aktivne fotone za degradaciju. Osim toga, zajedno s biološkim aktivnostima stvaranja vitalne molekule, doprinosi postojanju i regulaciji kisikovog ciklusa.

Ostali procesi

Fotodisociacija je ujedno i glavni izvor rupture molekula u međuzvjezdanom prostoru. Drugi procesi fotolize, ovaj put manipulirani ljudskim bićem, imaju industrijsku, temeljnu znanstvenu i primijenjenu važnost.

Fotodegradacija antropogenih spojeva u vodama dobiva sve veću pozornost. Ljudska aktivnost određuje da u mnogim slučajevima antibiotici, lijekovi, pesticidi i drugi spojevi sintetskog porijekla završe u vodi.

Jedan od načina da se uništi ili barem smanji aktivnost ovih spojeva je kroz reakcije koje uključuju upotrebu svjetlosne energije za razbijanje specifičnih veza tih molekula.

U biološkim znanostima vrlo često se nalaze složeni fotoreaktivni spojevi. Jednom prisutni u stanicama ili tkivima, neki od njih su podvrgnuti nekoj vrsti svjetlosnog zračenja kako bi ih slomili.

To stvara izgled drugog spoja čije nam praćenje ili otkrivanje dopušta da odgovorimo na mnoštvo osnovnih pitanja.

U drugim slučajevima, proučavanje spojeva izvedenih iz reakcije fotodisociacije spojene na sustav detekcije omogućuje provođenje globalnih studija o sastavu složenih uzoraka..

reference

1. Brodbelt, J. S. (2014) Fotodisociacijska masena spektrometrija: Novi alati za karakterizaciju bioloških molekula. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P.J. (2018) Poboljšanje fotosinteze u biljkama: svjetlosne reakcije. Eseji u biokemiji, 13: 85-94.
3. Oey, M., Sawyer,. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Izazovi i mogućnosti za proizvodnju vodika iz mikroalgi. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, J.P., Nakanishi, J. (2014) Fotoaktivirani nanopodručni supstrat za analizu kolektivne migracije stanica s precizno podešenim interakcijama stanica-ekstracelularni matriks liganda. PLoS ONE, 9: e91875.
5. Yan, S., Song, W. (2014) Foto-transformacija farmaceutski aktivnih spojeva u vodenoj okolini: pregled. Znanost o okolišu. Procesi i ES, 16: 697-720.