Fotoliza

Kaj je fotoliza?

The Fotoliza To je kemični postopek, s katerim absorpcija svetlobe (sevalna energija) omogoča rupturo molekule v manjših komponentah. To pomeni, da svetloba zagotavlja energijo, potrebno za molekulo, da se vdre v dele, ki jo sestavljajo. Znano je tudi z imeni fotode -kompozicije ali fotodizociacije.

Vodna fotoliza je na primer bistvenega pomena za obstoj zapletenih življenjskih oblik na planetu. To izvajajo rastline s pomočjo sončne svetlobe.

Razpad molekul vode (H₂O) zagotavlja kot rezultat molekularnega kisika (ali₂): Vodik se uporablja za zmanjšanje shranjevanja moči.

Na splošno lahko rečemo, da fotolitične reakcije vključujejo absorpcijo fotona. To izvira iz sijoče energije različnih valovnih dolžin in s tem z različnimi količinami energije.

Ko se foton absorbira, se lahko zgodita dve stvari. V enem od njih molekula absorbira energijo, se vzbudi in se nato sprosti. V drugem ta energija omogoča rupturo kemične vezi. To je fotoliza.

Ta postopek je mogoče povezati z oblikovanjem drugih povezav. Razlika med absorpcijo, ki ustvarja spremembe v tistem, ki se ne imenuje kvantna zmogljivost.

Posebno je za vsakega fotona, ker je odvisno od vira emisij energije. Kvantni izkoristek je opredeljen kot število reaktantnih molekul, spremenjenih z absorbiranim fotonom.

Fotoliza pri živih bitjih

Vodna fotoliza ni nekaj, kar se spontano zgodi. To pomeni, da sončna svetloba ne zlomi vodikovih vezi s kisikom. Vodna fotoliza ni nekaj, kar se preprosto zgodi, to je narejeno. In živijo živi organizmi, ki so sposobni izvesti fotosintezo.

Za izvedbo tega procesa se fotosintetski organizmi zatekajo k tako imenovanim reakcijam svetlobe fotosinteze. In da to dosežejo, očitno uporabljajo biološke molekule, od katerih je najpomembnejše P680 klorofil.

V tako imenovani reakciji hriba več elektronskih tekočih verig omogoča, da voda pridobi molekularno kisik, ATP -v obliki energije in moč redukcije v obliki NADPH.

Zadnja dva produkta te svetlobne faze bosta uporabljena v fazi teme fotosinteze (ali cikla Calvin) za asimilacijo Co₂ in izdelava ogljikovih hidratov (sladkorjev).

Fotosistema I in II

Te tekoče 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 je središče zbiranja svetlobe, ki ga tvorita dve vrsti klorofila (A in B), različni karotenoidi in 26 kDa beljakovine.

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

Molekularni vodik

Drug način, kako živa bitja uporabljajo vodno fotolizo, vključuje nastajanje molekularnega vodika (H₂).

Čeprav lahko živa bitja proizvajajo molekularni vodik na druge načine (na primer z delovanjem encima formiahidrogenoliasa bakterijske), je proizvodnja iz vode ena najcenejših in najučinkovitejših.

To je postopek, ki se pojavlja kot dodaten ali neodvisen dodaten korak k vodni hidrolizi. V tem primeru so organizmi, ki lahko izvedejo svetlobne reakcije, sposobni narediti nekaj dodatnega.

Uporaba h⁺ (protoni) in e- (elektroni), ki izhajajo iz fotolize vode, da ustvarijo h₂ Poročali so le v cianobakterijah in zelenih algah. V posredni obliki proizvodnja h₂ Je po fotolizi vode in nastajanju ogljikovih hidratov.

Izvajata jih obe vrsti organizmov. Drugi način, neposredna fotoliza, je še bolj zanimiva in jo izvajajo le mikroalge.

Neposredna fotoliza vključuje kanalizacijo elektronov, ki izhajajo iz svetlobne razpada fotosistema II neposredno na encim HA, ki proizvaja HA₂ (Hidrogenaza).

Ta encim pa je zelo dovzeten za prisotnost oz₂. Biološka proizvodnja molekularnega vodika zaradi vodne fotolize je aktivno raziskovalno področje. Njegov cilj je zagotoviti poceni in čiste alternative za proizvodnjo energije.

Ne -biološka fotoliza

Degradacija ozona z ultravijolično svetlobo

Eden najbolj preučenih nebioloških in spontanih fotolize je razgradnja ozona z ultravijolično svetlobo (UV). Ozon, kisik azeotropo, sestavljajo tri atome elementa.

Ozon je prisoten na različnih območjih ozračja, vendar se kopiči v enem, ki mu pravimo Ozonesfera. To visoko koncentracijsko območje ozona ščiti vse življenjske oblike pred škodljivimi učinki UV svetlobe.

Čeprav ima UV svetloba pomembno vlogo tako pri generaciji kot pri razgradnji ozona, predstavlja enega najbolj emblematičnih primerov molekularne rupture z sevalno energijo.

Po eni strani kaže, da ne le vidna svetloba lahko zagotovi aktivne fotone za razgradnjo. Poleg tega skupaj z biološkimi dejavnostmi za nastajanje vitalne molekule prispeva k obstoju in regulaciji kisikovega cikla.

Drugi procesi

Fotodizociacija je tudi glavni vir razbijanja molekul v medzvezdnem prostoru. Drugi procesi fotolize, ki jih tokrat manipulira človek, imajo industrijski in znanstveni, osnovni in uporabni pomen.

Fotodegradacija spojin antropnega izvora v vodah dobiva vse večjo pozornost. Človeška aktivnost ugotavlja, da se v večkrat končajo antibiotike, zdravila, pesticide in druge spojine sintetičnega izvora, končajo v vodi.

Eden od načinov za uničenje ali vsaj zmanjšanje je aktivnost teh spojin z reakcijami, ki vključujejo uporabo svetlobne energije za razbijanje specifičnih povezav teh molekul.

V bioloških znanostih je zelo pogosto najti zapletene fotoreaktivne spojine. Ko so prisotni v celicah ali tkivih, so nekatere od njih podvržene neke vrste svetlobne sevanja.

To ustvarja videz druge spojine, katere spremljanje ali odkrivanje nam omogoča, da odgovorimo na številna osnovna vprašanja.

V drugih primerih preučevanje spojin, pridobljenih iz reakcije fotodizociacije, pritrjene na sistem za odkrivanje.

Reference

1. Brodbelt, J. S. Masna spektrometrija fotodisociacije: nova orodja za karakterizacijo bioloških molekul. Pregledi kemijske družbe.
2. Cardona, t., Shao, s., Nixon, str. J. Izboljšanje fotosinteze v rastlinah: svetlobne reakcije. Eseji v biokemiji.