Čo je fotolýza?



fotolýza Je to chemický proces, na základe ktorého absorpcia svetla (žiarivá energia) umožňuje rozpad molekuly na menšie zložky. To znamená, že svetlo poskytuje energiu potrebnú na rozbitie molekuly v jej súčastiach. Je tiež známa pod názvami fotodekompozície alebo fotodisociácie.

Napríklad fotolýza vody je základom existencie komplexných foriem života na planéte. To sa vykonáva rastlinami, ktoré využívajú slnečné svetlo. Rozdelenie molekúl vody (H2O) vedie k molekulárnemu kyslíku (O2): vodík sa používa na skladovanie redukčného výkonu.

Vo všeobecnosti môžeme povedať, že fotolytické reakcie zahŕňajú absorpciu fotónu. Vychádza z žiarivej energie rôznych vlnových dĺžok, a teda s rôznymi množstvami energie.

Akonáhle sa fotón absorbuje, môžu sa stať dve veci. V jednom z nich molekula absorbuje energiu, stáva sa vzrušená a potom sa uvoľňuje. V druhej, že energia umožňuje rozbitie chemickej väzby. Toto je fotolýza.

Tento proces môže byť spojený s tvorbou ďalších väzieb. Rozdiel medzi absorpciou, ktorá generuje zmeny na ten, ktorý sa nazýva kvantový výnos.

Je to najmä pre každý fotón, pretože závisí od zdroja energie. Kvantový výťažok je definovaný ako počet molekúl reaktantov modifikovaných na absorbovaný fotón.

index

  • 1 Fotolýza v živých bytostiach
    • 1.1 Fotosystémy I a II
    • 1.2 Molekulový vodík
  • 2 Nelogická fotolýza
  • 3 Odkazy

Fotolýza v živých bytostiach

Fotolýza vody nie je niečo, čo sa deje spontánne. To znamená, že slnečné svetlo nerozbije vodíkové väzby s kyslíkom len preto, že. Fotolýza vody nie je niečo, čo sa jednoducho stane, je to hotovo. A tak aj živé organizmy, ktoré sú schopné vykonávať fotosyntézu.

Na uskutočnenie tohto procesu sa fotosyntetické organizmy uchýlia k tzv. Reakciám svetla fotosyntézy. Na dosiahnutie tohto cieľa, samozrejme, používajú biologické molekuly, z ktorých najdôležitejšie je chlorofyl P680.

V tzv. Hillovej reakcii umožňuje niekoľko elektrónových transportných reťazcov, aby sa fotolýza vody získala molekulárny kyslík, energia vo forme ATP a redukčná sila vo forme NADPH..

Posledné dva produkty tejto svetelnej fázy budú použité v temnej fáze fotosyntézy (alebo Calvinov cyklus) na asimiláciu CO2 a produkujú sacharidy (cukry).

Fotosystémy I a II

Tieto dopravné reťazce sa nazývajú fotosystémy (I a II) a ich zložky sa nachádzajú v chloroplastoch. Každý z nich používa rôzne pigmenty a absorbuje svetlo rôznych vlnových dĺžok.

Centrálnym prvkom celého konglomerátu je však centrum na zber svetla tvorené dvoma typmi chlorofylu (a a b), rôznymi karotenoidmi a proteínom s molekulovou hmotnosťou 26 kDa..

Zachytené fotóny sa potom prenesú do reakčných centier, v ktorých sa vyskytujú už uvedené reakcie.

Molekulový vodík

Ďalším spôsobom, akým žijúce bytosti používajú vodnú fotolýzu, je vytvorenie molekulárneho vodíka (H2). Hoci živé bytosti môžu produkovať molekulárny vodík inými cestami (napríklad pôsobením bakteriálneho formiatohidrogenoliasa enzýmu), produkcia z vody je jedným z najekonomickejších a najúčinnejších spôsobov výroby..

Ide o proces, ktorý sa javí ako dodatočný krok alebo nezávislý od hydrolýzy vody. V tomto prípade sú organizmy schopné vykonávať reakcie svetla schopné robiť niečo ďalšie.

Použitie H+ (protóny) a e- (elektróny) odvodené z fotolýzy vody na vytvorenie H2 bola hlásená len u cyanobaktérií a zelených rias. V nepriamej forme je výroba H2 je po fotolýze vody a tvorbe sacharidov.

Vykonáva sa oboma typmi organizmov. Ďalšia forma, priama fotolýza, je ešte zaujímavejšia a uskutočňuje sa iba mikroriasami. To zahŕňa smerovanie elektrónov odvodených z prasknutia svetla z fotosystému II priamo na enzým produkujúci H.2 (Hydrogenase).

Tento enzým je však vysoko citlivý na prítomnosť O2. Biologická produkcia molekulárneho vodíka fotolýzou vody je oblasťou aktívneho skúmania. Jeho cieľom je poskytovať lacné a čisté alternatívy na výrobu energie.

Nelogická fotolýza

Degradácia ozónu ultrafialovým svetlom

Jednou z najviac študovaných nebiologických a spontánnych fotolýz je degradácia ozónu ultrafialovým (UV) svetlom. Ozón, azotropný kyslík, sa skladá z troch atómov prvku.

Ozón je prítomný v rôznych oblastiach atmosféry, ale akumuluje sa v jednej ozonosfére. Táto zóna vysokej koncentrácie ozónu chráni všetky formy života pred škodlivými účinkami UV žiarenia.

Hoci UV žiarenie zohráva dôležitú úlohu pri tvorbe a degradácii ozónu, predstavuje jeden z najvýraznejších prípadov molekulárneho rozpadu žiarením..

Na jednej strane naznačuje, že nielen viditeľné svetlo je schopné poskytovať aktívne fotóny na degradáciu. Okrem toho v spojení s biologickými aktivitami generovania vitálnej molekuly prispieva k existencii a regulácii kyslíkového cyklu.

Iné procesy

Fotodisociácia je tiež hlavným zdrojom prasknutia molekúl v medzihviezdnom priestore. Iné procesy fotolýzy, tentoraz manipulované ľudskou bytosťou, majú priemyselný, základný vedecký a aplikovaný význam.

Zvýšená pozornosť sa venuje fotodegradácii antropogénnych zlúčenín vo vodách. Ľudská činnosť určuje, že v mnohých prípadoch antibiotiká, lieky, pesticídy a iné zlúčeniny syntetického pôvodu končia vo vode..

Jedným zo spôsobov, ako zničiť alebo aspoň znížiť aktivitu týchto zlúčenín, je reakcia, ktorá zahŕňa použitie svetelnej energie na rozbitie špecifických väzieb týchto molekúl..

V biologických vedách je veľmi bežné nájsť komplexné fotoreaktívne zlúčeniny. Akonáhle sú prítomné v bunkách alebo tkanivách, niektoré z nich sú vystavené určitému typu svetelného žiarenia, ktoré ich rozbije.

To vytvára vzhľad inej zlúčeniny, ktorej sledovanie alebo detekcia nám umožňujú odpovedať na množstvo základných otázok.

V iných prípadoch štúdia zlúčenín odvodených z fotodisociačnej reakcie spojenej s detekčným systémom umožňuje vykonávať globálne štúdie o zložení komplexných vzoriek..

referencie

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Fotodisociačná hmotnostná spektrometria: Nové nástroje na charakterizáciu biologických molekúl. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P. J. (2018) Zvýšenie fotosyntézy v rastlinách: svetelné reakcie. Eseje v Biochemistry, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Sawyer. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Výzvy a príležitosti na produkciu vodíka z mikrorias. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, J.P., Nakanishi, J. (2014) Fotoaktivovateľný nanopatternovaný substrát na analýzu migrácie kolektívnych buniek s presne naladenými interakciami medzi bunkami a extracelulárnou matricou. PLoS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Foto-transformácia farmaceuticky aktívnych zlúčenín vo vodnom prostredí: prehľad. Environmentálna veda. Processes & ES, 16: 697-720.