Hvad er fotolyse?



den fotolyse Det er en kemisk proces, hvorved absorptionen af ​​lys (strålingsenergi) tillader brud af et molekyle i mindre komponenter. Det vil sige, at lyset giver den nødvendige energi til at bryde et molekyle i dets bestanddele. Det er også kendt af navnene på fotodecomposition eller fotodissociation.

Fotolysen af ​​vand er for eksempel afgørende for eksistensen af ​​komplekse livsformer på planeten. Dette udføres af planter med sollys. Fordelingen af ​​vandmolekyler (H2O) resulterer i molekylær oxygen (O2): Brint bruges til opbevaring af reducerende effekt.

Generelt kan vi sige, at fotolytiske reaktioner involverer absorption af en foton. Dette kommer fra en strålende energi med forskellige bølgelængder, og derfor med forskellige mængder energi.

Når fotonen er absorberet, kan der ske to ting. I en af ​​dem absorberer molekylet energi, bliver spændt og så slapper af. I den anden giver denne energi brud på en kemisk binding. Dette er fotolyse.

Denne proces kan kobles til dannelsen af ​​andre links. Forskellen mellem en absorption, der genererer ændringer til en, der ikke kaldes kvantumudbytte.

Det er bestemt for hver foton, fordi det afhænger af energikilden. Kvantudbytte defineres som antallet af reaktante molekyler modificeret pr. Absorberet foton.

indeks

  • 1 Fotolyse i levende væsener
    • 1.1 Fotosystemer I og II
    • 1,2 Molekylært hydrogen
  • 2 Ikke-biologisk fotolyse
  • 3 referencer

Fotolyse i levende væsener

Fotolysen af ​​vand er ikke noget der sker spontant. Det vil sige, at sollys ikke bryder hydrogenbindene med ilt bare fordi. Fotolysen af ​​vand er ikke noget, der simpelthen sker, det er gjort. Og det samme gør levende organismer, der er i stand til at udføre fotosyntese.

For at udføre denne proces tilskynder fotosyntetiske organismer til de såkaldte reaktioner af fotosyntesens lys. Og for at opnå dette bruger de naturligvis biologiske molekyler, hvoraf det vigtigste er chlorophyll P680.

I den såkaldte Hill-reaktion tillader flere elektrontransportkæder molekylært ilt, energi i form af ATP, og reducerende effekt i form af NADPH, der skal opnås ved fotolyse af vand..

De sidste to produkter af denne lysfase vil blive brugt i den mørke fase af fotosyntese (eller Calvin Cycle) for at assimilere CO2 og producere kulhydrater (sukkerarter).

Photosystems I og II

Disse transportkæder kaldes fotosystemer (I og II), og deres komponenter er placeret i chloroplasterne. Hver af dem anvender forskellige pigmenter og absorberer lys med forskellige bølgelængder.

Det centrale element af hele klyngen imidlertid lyskollektoren er dannet af to typer af klorofyl (a og b), forskellige carotenoider og center 26 kDa-protein.

De optagne fotoner overføres derefter til reaktionscentrene, hvor de allerede nævnte reaktioner forekommer.

Molekylært hydrogen

En anden måde at levende væsener har brugt vandfotolyse indebærer dannelsen af ​​molekylært hydrogen (H2). Selvom levende væsener kan producere molekylært hydrogen ved andre ruter (for eksempel ved virkningen af ​​bakterieformiatohydrogenslazasenzymet), er produktionen fra vand en af ​​de mest økonomiske og effektive.

Dette er en proces, der fremstår som et yderligere trin senere eller uafhængigt af hydrolysen af ​​vand. I dette tilfælde kan organismer, der er i stand til at udføre lysets reaktioner, gøre noget ekstra.

Brugen af ​​H+ (protoner) og e- (elektroner) afledt af fotolysen af ​​vand for at skabe H2 Det er kun rapporteret i cyanobakterier og grønne alger. I den indirekte form fremstilles H2 er efter fotolyse af vand og dannelsen af ​​kulhydrater.

Det udføres af begge typer organismer. Den anden form, direkte fotolyse, er endnu mere interessant og udføres kun af mikroalger. Dette indebærer kanalisering af de elektroner, der stammer fra lysets lysbrud fra fotosystem II direkte til det H-producerende enzym.2 (Hydrogenase).

Dette enzym er imidlertid yderst modtageligt for tilstedeværelsen af ​​O2. Den biologiske produktion af molekylær hydrogen ved fotolyse af vand er et område med aktiv undersøgelse. Det sigter mod at levere billige og rene energigenereringsalternativer.

Ikke-biologisk fotolyse

Nedbrydning af ozon ved ultraviolet lys

En af de mest studerede ikke-biologiske og spontane fotolys er nedbrydning af ozon ved ultraviolet (UV) lys. Ozon, et azotropisk ilt, består af tre atomer af elementet.

Ozon er til stede i forskellige dele af atmosfæren, men akkumuleres i et vi opkald ozonosfæren. Denne zone med høj koncentration af ozon beskytter alle former for liv mod de skadelige virkninger af UV-lys.

Selvom UV-lys spiller en vigtig rolle både i dannelsen og nedbrydningen af ​​ozon, repræsenterer den et af de mest symbolske tilfælde af molekylær nedbrydning ved strålende energi.

På den ene side indikerer det, at ikke kun synligt lys er i stand til at tilvejebringe aktive fotoner for nedbrydning. Derudover bidrager i forbindelse med biologiske aktiviteter ved dannelse af det vitale molekyle til forekomsten og reguleringen af ​​iltcyklusen.

Andre processer

Fotodissociation er også den vigtigste kilde til brud på molekyler i interstellært rum. Andre processer af fotolyse, denne gang manipuleret af mennesket, har industriel, grundlæggende videnskabelig og anvendt betydning.

Fotonedbrydning af menneskeskabte forbindelser i farvandet får øget opmærksomhed. Den menneskelige aktivitet bestemmer, at antibiotika, stoffer, pesticider og andre forbindelser af syntetisk oprindelse i mange tilfælde ender i vandet.

En måde at ødelægge eller i det mindste reducere aktiviteten af ​​disse forbindelser er gennem reaktioner, der involverer anvendelsen af ​​lysenergi til at bryde specifikke bindinger af disse molekyler.

I biologiske videnskaber er det meget almindeligt at finde komplekse fotoreaktive forbindelser. Når de er til stede i celler eller væv, udsættes nogle af dem for en eller anden form for lysstråling for at bryde dem.

Dette frembringer udseendet af en anden forbindelse, hvis sporing eller detektion gør det muligt for os at svare på en lang række grundlæggende spørgsmål.

I andre tilfælde gør undersøgelsen af ​​forbindelser afledt af en fotodissociationreaktion koblet til et detektionssystem det muligt at gennemføre globale undersøgelser af sammensætningen af ​​komplekse prøver.

referencer

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Fotodissociationsmassespektrometri: Nye værktøjer til karakterisering af biologiske molekyler. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P.J. (2018) Forbedring af fotosyntese i planter: de lette reaktioner. Essays in Biochemistry, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Sawyer,. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Udfordringer og muligheder for hydrogenproduktion fra mikroalger. Plantbiotechnology Journal, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, P. J., Nakanishi, J. (2014) En fotoaktiverbart Nanopatterned Substrat for Analyse Collective Cell Migration Cell Med Tuned Netop ekstracellulære matrix-Ligand Interactions. PLoS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Foto-transformation af farmaceutisk aktive forbindelser i det vandige miljø: en gennemgang. Miljøvidenskab. Processer & ES, 16: 697-720.