Kaj je fotoliza?



The fotoliza Gre za kemijski proces, s katerim absorpcija svetlobe (sevalne energije) omogoča lomljenje molekule na manjše komponente. To pomeni, da svetloba zagotavlja energijo, potrebno za razbitje molekule v njenih sestavnih delih. Znana je tudi po imenih fotodekompozicije ali fotodisociacije.

Fotoliza vode je na primer temeljnega pomena za obstoj kompleksnih življenjskih oblik na planetu. To izvajajo rastline, ki uporabljajo sončno svetlobo. Razgradnja vodnih molekul (H2O) povzroči molekularni kisik (O2): vodik se uporablja za shranjevanje redukcijske moči.

Na splošno lahko rečemo, da fotolitične reakcije vključujejo absorpcijo fotona. To izhaja iz sevalne energije različnih valovnih dolžin in zato z različnimi količinami energije.

Ko se foton absorbira, se lahko zgodita dve stvari. V eni izmed njih molekula absorbira energijo, postane vzburjena in nato sprošča. Po drugi strani pa ta energija omogoča lomljenje kemične vezi. To je fotoliza.

Ta proces je lahko povezan z oblikovanjem drugih povezav. Razlika med absorpcijo, ki generira spremembe, do tiste, ki se ne imenuje kvantni donos.

Poseben je za vsak foton, ker je odvisen od vira emisije energije. Kvantni donos je opredeljen kot število reaktantskih molekul, modificiranih na absorbirani foton.

Indeks

  • 1 Fotoliza živih bitij
    • 1.1 Fotosistemi I in II
    • 1.2 Molekularni vodik
  • 2 Nebiološka fotoliza
  • 3 Reference

Fotoliza živih bitij

Fotoliza vode ni nekaj, kar se zgodi spontano. To pomeni, da sončna svetloba ne razreže vodikovih vezi s kisikom samo zato, ker. Fotoliza vode ni nekaj, kar se zgodi. In tako tudi živi organizmi, ki so sposobni izvajati fotosintezo.

Za izvedbo tega procesa fotosintetični organizmi uporabljajo tako imenovane reakcije svetlobe fotosinteze. Da bi to dosegli, seveda uporabljajo biološke molekule, med katerimi je najpomembnejši klorofil P680.

V tako imenovani Hill Reaction več transportnih verig elektronov omogočajo pridobivanje molekularnega kisika, energije v obliki ATP in zmanjšanje moči v obliki NADPH iz fotolize vode..

Zadnja dva izdelka te svetleče faze bosta uporabljena v temni fazi fotosinteze (ali Calvinovega cikla) ​​za asimilacijo CO2 in proizvajajo ogljikove hidrate (sladkorje).

Photosystems I in II

Te transportne verige se imenujejo fotosistemi (I in II), njihove komponente pa se nahajajo v kloroplastih. Vsak od njih uporablja različne pigmente in absorbira svetlobo različnih valovnih dolžin.

Osrednji element celotnega konglomerata pa je svetlobni zbirni center, ki ga tvorita dve vrsti klorofila (a in b), različni karotenoidi in 26 kDa protein..

Zajeti fotoni se nato prenesejo v reakcijske centre, v katerih se pojavijo že omenjene reakcije.

Molekularni vodik

Drug način, na katerega živa bitja uporabljajo vodno fotolizo, je generiranje molekularnega vodika (H2). Čeprav lahko živa bitja proizvajajo molekularni vodik po drugih poteh (npr. Z delovanjem bakterijskega formiatohidrogenoliasnega encima), je proizvodnja iz vode ena najbolj ekonomičnih in učinkovitih..

To je postopek, ki se pojavi kot dodaten korak kasneje ali neodvisno od hidrolize vode. V tem primeru so organizmi, ki so sposobni izvajati reakcije svetlobe, sposobni narediti nekaj dodatnega.

Uporaba H+ (protoni) in e- (elektroni), ki izhajajo iz fotolize vode, da nastanejo H2 o njem so poročali le pri cianobakterijah in zelenih algah. V posredni obliki je proizvodnja H2 je po fotolizi vode in nastajanju ogljikovih hidratov.

Izvajajo ga obe vrsti organizmov. Druga oblika, neposredna fotoliza, je še bolj zanimiva in jo izvajajo le mikroalge. To vključuje kanalizacijo elektronov, ki izhajajo iz svetlobne razpoke vode iz fotosistema II neposredno v encim, ki proizvaja H.2 (hidrogenaza).

Ta encim pa je zelo dovzeten za prisotnost O2. Biološka proizvodnja molekularnega vodika s fotolizo vode je področje aktivne preiskave. Njen cilj je zagotoviti poceni alternativne možnosti za proizvodnjo energije.

Nebiološka fotoliza

Razgradnja ozona z ultravijolično svetlobo

Ena izmed najbolj raziskanih nebioloških in spontanih fotoliz je razgradnja ozona z ultravijolično (UV) svetlobo. Ozon, azotropni kisik, je sestavljen iz treh atomov elementa.

Ozon je prisoten na različnih območjih ozračja, vendar se nabira v ozonosferi. To območje visoke koncentracije ozona ščiti vse oblike življenja pred škodljivimi učinki UV svetlobe.

Čeprav UV svetloba igra pomembno vlogo pri ustvarjanju in razgradnji ozona, predstavlja enega najbolj emblematičnih primerov molekularne razgradnje s sevalno energijo..

Po eni strani kaže, da ne samo vidna svetloba omogoča aktivne fotone za degradacijo. Poleg tega v povezavi z biološkimi aktivnostmi nastajanja vitalne molekule prispeva k obstoju in regulaciji kisikovega cikla..

Drugi procesi

Fotodisociacija je tudi glavni vir pretrganja molekul v medzvezdnem prostoru. Drugi procesi fotolize, ki jih ta čas manipulira človek, imajo industrijski, temeljni znanstveni in uporabni pomen.

Fotodegradacija antropogenih spojin v vodah je vse večja. Človeška dejavnost določa, da v mnogih primerih antibiotiki, droge, pesticidi in druge spojine sintetičnega izvora končajo v vodi..

Eden od načinov za uničenje ali vsaj zmanjšanje aktivnosti teh spojin je preko reakcij, ki vključujejo uporabo svetlobne energije za prekinitev posebnih vezi teh molekul..

V bioloških znanostih je zelo pogosto mogoče najti kompleksne fotoreaktivne spojine. Ko so nekateri prisotni v celicah ali tkivih, so nekateri izpostavljeni nekemu tipu svetlobnega sevanja, da jih razbijejo.

To ustvarja videz druge spojine, katere sledenje ali odkrivanje nam omogoča, da odgovorimo na množico osnovnih vprašanj.

V drugih primerih študija spojin, ki izhajajo iz fotodisociacijske reakcije, povezane z detekcijskim sistemom, omogoča izvedbo globalnih študij o sestavi kompleksnih vzorcev..

Reference

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Fotodisociacijska masna spektrometrija: Nova orodja za karakterizacijo bioloških molekul. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P.J. (2018) Povečanje fotosinteze v rastlinah: svetlobne reakcije. Eseji v biokemiji, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Sawyer,. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Izzivi in ​​priložnosti za proizvodnjo vodika iz mikroalg. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, J. P., Nakanishi, J. (2014) Fotoaktivabilni nanopaterned substrat za analizo kolektivnih migracij celic z natančno uglašenimi interakcijami celično-zunajceličnih matričnih ligandov. PLoS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Foto-transformacija farmacevtsko aktivnih spojin v vodnem okolju: pregled. Znanost o okolju. Processes & ES, 16: 697-720.