- Fotolyse i levende ting
- Fotosystemer I og II
- Molekylært brint
- Ikke-biologisk fotolyse
- Ozonnedbrydning med ultraviolet lys
- Andre processer
- Referencer
Den fotolyse er en kemisk proces i kraft af hvilken absorptionen af lys (strålingsenergi) muliggør opdeling af et molekyle i mindre komponenter. Det vil sige, lys giver den energi, der kræves til at nedbryde et molekyle i dets komponentdele. Det er også kendt under navne på fotodekomposition eller fotodissociation.
Fotolysen af vand er for eksempel væsentlig for eksistensen af komplekse livsformer på planeten. Dette udføres af planter, der bruger sollys. Fordelingen af vandmolekyler (H 2 O) resulterer i molekylært oxygen (O 2): hydrogen anvendes til opbevaring af reduktionsevne.
Generelt kan vi sige, at fotolytiske reaktioner involverer absorptionen af en foton. Dette kommer fra en strålende energi med forskellige bølgelængder, og derfor med forskellige mængder energi.
Når fotonen er optaget, kan der ske to ting. I en af dem absorberer molekylet energi, bliver ophidset og ender med at slappe af. I den anden tillader denne energi brud på en kemisk binding. Dette er fotolyse.
Denne proces kan forbindes med dannelsen af andre bindinger. Forskellen mellem en absorption, der genererer ændringer til en, der ikke kaldes kvanteudbytte.
Det er specielt for hver foton, fordi det afhænger af energikilden. Kvanteudbyttet defineres som antallet af modificerede reaktantmolekyler pr. Absorberet foton.
Fotolyse i levende ting
Fotolyse af vand er ikke noget, der sker spontant. Det vil sige, at sollys ikke bryder brintbinding med ilt bare fordi. Fotolyse af vand er ikke noget, der bare sker, det er gjort. Og levende organismer, der er i stand til at udføre fotosyntese, gør.
For at udføre denne proces tager fotosyntetiske organismer anvendelse på de såkaldte lysreaktioner fra fotosyntesen. Og for at opnå dette bruger de naturligvis biologiske molekyler, hvoraf den vigtigste er chlorophyll P680.
I den såkaldte Hill Reaction tillader flere elektrontransportkæder molekylært ilt, energi i form af ATP og reducerende magt i form af NADPH fra fotolyse af vand.
De sidste to produkter fra denne lette fase vil blive brugt i den mørke fase af fotosyntesen (eller Calvin Cycle) til at assimilere CO 2 og producere kulhydrater (sukkerarter).
Fotosystemer I og II
Disse transportkæder kaldes fotosystemer (I og II), og deres komponenter er placeret i chloroplasterne. Hver af dem bruger forskellige pigmenter, og de absorberer lys med forskellige bølgelængder.
Det centrale element i hele konglomeratet er imidlertid det lysopsamlingscenter, der består af to typer af klorofyl (a og b), forskellige carotenoider og et 26 kDa-protein.
De optagne fotoner overføres derefter til de reaktionscentre, hvori de allerede nævnte reaktioner finder sted.
Molekylært brint
En anden måde at levende ting har brugt fotolyse af vand involverer dannelse af molekylært hydrogen (H 2). Selvom levende ting kan producere molekylært brint på andre måder (for eksempel ved hjælp af bakterienzymet formatohydrogenolyase), er produktion fra vand en af de mest økonomiske og effektive.
Dette er en proces, der vises som et yderligere trin efter eller uafhængig af hydrolysen af vand. I dette tilfælde er organismer, der er i stand til at udføre lysreaktionerne, i stand til at gøre noget yderligere.
Anvendelsen af H + (protoner) og e (elektroner) afledt fra fotolyse af vand til at skabe H 2 er kun rapporteret i cyanobakterier og grønalger. I indirekte form, produktion af H 2 ligger efter den fotolyse af vand og dannelse af carbohydrater.
Det udføres af begge typer organismer. Den anden måde, direkte fotolyse, er endnu mere interessant og udføres kun af mikroalger. Dette indebærer kanalisering af elektroner afledt fra den lette fordeling af fotosystem II vand direkte til enzymet, der producerer H 2 (hydrogenase).
Dette enzym er imidlertid meget modtagelige for tilstedeværelse af O 2. Den biologiske produktion af molekylært brint ved fotolyse af vand er et område med aktiv forskning. Det sigter mod at give billige og rene energiproduktionsalternativer.
Ikke-biologisk fotolyse
Ozonnedbrydning med ultraviolet lys
En af de mest studerede ikke-biologiske og spontane fotolyse er ozonnedbrydning med ultraviolet (UV) lys. Ozon, en azotrop af ilt, består af tre atomer af elementet.
Ozon findes i forskellige områder af atmosfæren, men det ophobes i et, som vi kalder ozonosfæren. Denne zone med høj ozonkoncentration beskytter alle former for liv mod de skadelige virkninger af UV-lys.
Selvom UV-lys spiller en meget vigtig rolle i både frembringelse og nedbrydning af ozon, repræsenterer det et af de mest emblematiske tilfælde af molekylær nedbrydning med strålende energi.
På den ene side indikerer det, at ikke kun synligt lys er i stand til at tilvejebringe aktive fotoner til nedbrydning. Desuden bidrager det sammen med biologiske aktiviteter til frembringelse af det vitale molekyle til eksistensen og reguleringen af iltcyklussen.
Andre processer
Fotodissociation er også den vigtigste kilde til nedbrydning af molekyler i det interstellare rum. Andre fotolyseprocesser, denne gang manipuleret af mennesker, har industriel, grundlæggende videnskabelig og anvendt betydning.
Fotodegraderingen af menneskeskabte forbindelser i vand får stigende opmærksomhed. Menneskelig aktivitet bestemmer, at antibiotika, medikamenter, pesticider og andre forbindelser af syntetisk oprindelse ved mange lejligheder ender i vandet.
En måde at ødelægge eller i det mindste mindske aktiviteten af disse forbindelser er gennem reaktioner, der involverer brugen af lysenergi til at bryde specifikke bindinger i disse molekyler.
I biologiske videnskaber er det meget almindeligt at finde komplekse fotoreaktive forbindelser. Når de først er til stede i celler eller væv, udsættes nogle af dem for en slags lysstråling for at nedbryde dem.
Dette genererer udseendet af en anden forbindelse, hvis overvågning eller detektion gør det muligt at besvare en række grundlæggende spørgsmål.
I andre tilfælde gør undersøgelsen af forbindelser, der stammer fra en fotodissocieringsreaktion koblet til et detektionssystem, det muligt at udføre globale sammensætningsundersøgelser af komplekse prøver.
Referencer
- Brodbelt, JS (2014) Fotodissociation massespektrometri: Nye værktøjer til karakterisering af biologiske molekyler. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
- Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Forbedring af fotosyntesen i planter: lysreaktionerne. Essays in Biochemistry, 13: 85-94.
- Oey, M., Sawyer,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Udfordringer og muligheder for brintproduktion fra mikroalger. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
- Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) Et fotoaktiverbart nanopatternt substrat til analyse af kollektiv cellemigration med præcist afstemt celle-ekstracellulær matrix-ligandinteraktioner. PLoS ONE, 9: e91875.
- Yan, S., Song, W. (2014) Fototransformation af farmaceutisk aktive forbindelser i det vandige miljø: en gennemgang. Miljøvidenskab. Processer og påvirkninger, 16: 697-720.