Какво е фотолиза?



на фотолиза Това е химичен процес, чрез който поглъщането на светлината (лъчиста енергия) позволява разрушаването на молекулата на по-малки компоненти. Това означава, че светлината осигурява енергията, необходима за разрушаване на молекулата в съставните й части. Известно е също така с имената на фоторазграждане или фотодисоциация.

Фотолизата на водата, например, е фундаментална за съществуването на сложни форми на живот на планетата. Това се извършва от растения, използващи слънчева светлина. Разграждането на водните молекули (Н2О) води до молекулен кислород (О2): Водородът се използва за съхранение на редуцираща мощност.

Като цяло можем да кажем, че фотолитичните реакции включват абсорбцията на фотон. Това идва от лъчиста енергия от различни дължини на вълните и следователно с различни количества енергия.

След като фотонът се абсорбира, могат да се случат две неща. В една от тях молекулата абсорбира енергия, става възбудена и след това се отпуска. В другата, тази енергия позволява прекъсването на химическа връзка. Това е фотолиза.

Този процес може да бъде свързан с образуването на други връзки. Разликата между абсорбция, която генерира промени в такава, която не се нарича квантов доход.

Тя е специфична за всеки фотон, защото зависи от източника на енергийни емисии. Квантовият добив се дефинира като броя на реагиращите молекули, модифицирани за абсорбиран фотон.

индекс

  • 1 Фотолиза в живите същества
    • 1.1 Фотосистеми I и II
    • 1.2 Молекулен водород
  • 2 Небиологична фотолиза
  • 3 Препратки

Фотолиза в живите същества

Фотолизата на водата не е нещо, което се случва спонтанно. Тоест, слънчевата светлина не разрушава водородните връзки с кислорода само защото. Фотолизата на водата не е нещо, което просто се случва, то е направено. А също и живите организми, които са способни да извършват фотосинтеза.

За да се осъществи този процес, фотосинтетичните организми прибягват до така наречените реакции на светлината на фотосинтезата. И за да постигнат това, те използват, очевидно, биологични молекули, най-важната от които е хлорофил P680.

В така наречената Хил реакция, няколко електронни транспортни вериги позволяват молекулярния кислород, енергията под формата на АТР и намаляващата мощност под формата на NADPH, които се получават от фотолизата на водата..

Последните два продукта от тази светлинна фаза ще бъдат използвани в тъмната фаза на фотосинтезата (или цикъла на Калвин), за да усвоят CO2 и произвеждат въглехидрати (захари).

Фотосистеми I и II

Тези конвейерни вериги се наричат ​​фотосистеми (I и II) и техните компоненти се намират в хлоропластите. Всеки от тях използва различни пигменти и поглъща светлина с различни дължини на вълните.

Централният елемент на целия конгломерат обаче е центърът за събиране на светлина, образуван от два вида хлорофил (а и б), различни каротеноиди и 26 kDa протеин..

След това заловените фотони се прехвърлят в реакционните центрове, в които се появяват вече споменатите реакции.

Молекулен водород

Друг начин, по който живите същества са използвали фотолиза на водата, е генерирането на молекулен водород (Н2). Въпреки че живите същества могат да произвеждат молекулярен водород по други начини (например, чрез действието на бактериалния форматохидрогенолиазен ензим), производството от водата е едно от най-икономичните и ефективни..

Това е процес, който се появява като допълнителна стъпка по-късно или независимо от хидролизата на водата. В този случай организмите, способни да извършват реакциите на светлината, са способни да направят нещо допълнително.

Използването на Н+ (протони) и e- (електрони), получени от фотолизата на водата, за да се създаде Н2 докладвано е само при цианобактерии и зелени водорасли. В непряка форма, производството на Н2 е след фотолизата на водата и образуването на въглехидрати.

Осъществява се от двата вида организми. Другата форма, директна фотолиза, е още по-интересна и се извършва само от микроводорасли. Това включва канализиране на електроните, получени от светлинното разкъсване на водата от фотосистема II директно към ензима, произвеждащ Н.2 (Hydrogenase).

Този ензим обаче е силно податлив на присъствието на О2. Биологичното производство на молекулен водород чрез фотолиза на водата е област на активно разследване. Целта му е да осигури евтини и чисти алтернативи за генериране на енергия.

Небиологична фотолиза

Разграждане на озона чрез ултравиолетова светлина

Една от най-изследваните небиологични и спонтанни фотолиза е разграждането на озона чрез ултравиолетова (UV) светлина. Озонът, азотропен кислород, се състои от три атома на елемента.

Озонът присъства в различни зони на атмосферата, но се натрупва в една озоносфера. Тази зона с висока концентрация на озон защитава всички форми на живот от вредното въздействие на ултравиолетовата светлина.

Въпреки че ултравиолетовата светлина играе важна роля както при генерирането, така и при разграждането на озона, тя представлява един от най-емблематичните случаи на молекулярна разбивка от лъчиста енергия.

От една страна, това показва, че не само видимата светлина може да осигури активни фотони за деградация. В допълнение, заедно с биологичните дейности на генериране на жизнената молекула, допринася за съществуването и регулирането на кислородния цикъл.

Други процеси

Фотодисоциацията е и основният източник на разкъсване на молекули в междузвездното пространство. Други процеси на фотолиза, този път манипулирани от човека, имат индустриално, основно научно и приложно значение.

Фотодеградацията на антропогенни съединения във водите получава все по-голямо внимание. Човешката дейност определя, че в много случаи антибиотици, лекарства, пестициди и други съединения от синтетичен произход се озовават във водата.

Един от начините за унищожаване или поне намаляване на активността на тези съединения е чрез реакции, които включват използването на светлинна енергия за разрушаване на специфични връзки на тези молекули.

В биологичните науки често се срещат комплексни фотореактивни съединения. Веднъж присъстващи в клетки или тъкани, някои от тях са подложени на някакъв вид светлинна радиация, за да ги разрушат.

Това генерира появата на друго съединение, чието проследяване или откриване ни позволяват да отговорим на множество основни въпроси.

В други случаи, изследването на съединения, получени от фотодисоциационна реакция, свързана с детектираща система, дава възможност за провеждане на глобални изследвания на състава на сложни проби..

препратки

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Фотодисоциационна масспектрометрия: Нови инструменти за характеризиране на биологични молекули. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P.J. (2018) Подобряване на фотосинтезата в растенията: светлинни реакции. Есета по биохимия, 13: 85-94.
  3. Ой, М., Сойер,. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Предизвикателства и възможности за производство на водород от микроводорасли. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, J.P., Nakanishi, J. (2014) Фотоактивиращ се наноразмерен субстрат за анализ на колективна клетъчна миграция с прецизно настроени взаимодействия между клетъчно-екстрацелуларната матрица PLoS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Фото-трансформация на фармацевтично активни съединения във водната среда: преглед. Наука за околната среда. Процеси & ES, 16: 697-720.