Apakah fotolisis?



The fotolisis Ini adalah proses kimia yang olehnya penyerapan cahaya (tenaga berseri) membolehkan pecahan molekul menjadi komponen yang lebih kecil. Iaitu, cahaya menyediakan tenaga yang diperlukan untuk memecahkan molekul dalam bahagian komponennya. Ia juga dikenali dengan nama photodecomposition atau photodissociation.

Sebagai fotolisis air, sebagai contoh, adalah asas kepada kewujudan bentuk kehidupan kompleks di planet ini. Ini dilakukan oleh tumbuh-tumbuhan menggunakan cahaya matahari. Pecahan molekul air (H2O) menghasilkan oksigen molekul (O2): hidrogen digunakan untuk penyimpanan kuasa mengurangkan.

Secara umum, kita boleh mengatakan bahawa tindak balas fotolitik melibatkan penyerapan foton. Ini datang dari tenaga yang bersinar panjang gelombang yang berbeza, dan dengan itu, dengan jumlah tenaga yang berlainan.

Apabila foton diserap, dua perkara boleh berlaku. Dalam salah satu daripada mereka, molekul menyerap tenaga, menjadi teruja dan kemudian melegakan. Di pihak yang lain, tenaga itu membenarkan pemecahan ikatan kimia. Ini adalah fotolisis.

Proses ini boleh ditambah kepada pembentukan pautan lain. Perbezaan antara penyerapan yang menjana perubahan kepada salah satu yang tidak dipanggil hasil kuantum.

Ia adalah khusus kepada setiap foton kerana ia bergantung kepada sumber pelepasan tenaga. Hasil kuantum ditakrifkan sebagai bilangan molekul tindak balas yang diubah suai bagi setiap foton yang diserap.

Indeks

  • 1 Photolysis dalam makhluk hidup
    • 1.1 Photosystems I dan II
    • 1.2 Hidrogen molekul
  • 2 fotolisis bukan biologi
  • 3 Rujukan

Photolysis dalam makhluk hidup

Penyaluran air bukan sesuatu yang berlaku secara spontan. Iaitu, sinar matahari tidak memecahkan ikatan hidrogen dengan oksigen hanya kerana. Penyalinan air bukan sesuatu yang hanya berlaku, ia dilakukan. Begitu juga organisma hidup yang mampu melakukan fotosintesis.

Untuk menjalankan proses ini, organisma fotosintesis menggunakan tindak balas yang dipanggil cahaya fotosintesis. Dan untuk mencapai ini, mereka menggunakan, jelas, molekul biologi, yang paling penting ialah klorofil P680.

Dalam apa yang dipanggil Reaksi Hill, beberapa rangkaian pengangkutan elektron membenarkan oksigen molekul, tenaga dalam bentuk ATP, dan mengurangkan kuasa dalam bentuk NADPH untuk diperolehi daripada fotolisis air..

Dua produk terakhir fasa bercahaya ini akan digunakan dalam fasa gelap fotosintesis (atau Calvin Cycle) untuk mengasimilasi CO2 dan menghasilkan karbohidrat (gula).

Photosystems I dan II

Rantai penghantar ini dipanggil photosystem (I dan II) dan komponennya terletak di kloroplas. Setiap daripada mereka menggunakan pigmen yang berbeza, dan menyerap cahaya panjang gelombang yang berbeza.

Unsur utama konglomerat keseluruhan, bagaimanapun, adalah pusat pengumpulan cahaya yang dibentuk oleh dua jenis klorofil (a dan b), karotenoid yang berbeza dan protein 26 kDa.

Foton yang ditangkap kemudiannya dipindahkan ke pusat tindak balas di mana tindak balas yang telah disebutkan berlaku.

Hidrogen molekul

Satu lagi cara makhluk hidup menggunakan fotolisis air melibatkan penjanaan hidrogen molekul (H2). Walaupun makhluk hidup boleh menghasilkan hidrogen molekul oleh laluan lain (contohnya, oleh tindakan enzim formiatohidrogenoliasa bakteria), pengeluaran dari air adalah salah satu yang paling ekonomi dan efisien.

Ini adalah satu proses yang muncul sebagai langkah tambahan kemudian atau bebas dari hidrolisis air. Dalam kes ini, organisma yang mampu melaksanakan tindak balas cahaya mampu melakukan sesuatu tambahan.

Penggunaan H+ (proton) dan e- (elektron) yang diperolehi daripada fotolisis air untuk mencipta H2 ia hanya dilaporkan dalam cyanobacteria dan alga hijau. Dalam bentuk tidak langsung, pengeluaran H2 adalah selepas fotolisis air dan penjanaan karbohidrat.

Ia dijalankan oleh kedua-dua jenis organisma. Bentuk lain, fotolisis langsung, bahkan lebih menarik dan hanya dilakukan oleh mikroalga. Ini melibatkan penyaluran elektron yang diperoleh daripada pecah cahaya air dari fotosistem II secara langsung kepada enzim penghasil H.2 (hidrogenase).

Enzim ini, bagaimanapun, sangat mudah terdedah kepada kehadiran O2. Pengeluaran biologi hidrogen molekul oleh fotolisis air adalah kawasan penyiasatan aktif. Ia bertujuan menyediakan alternatif generasi tenaga murah dan bersih.

Fotolisis bukan biologi

Degradasi ozon oleh cahaya ultraviolet

Salah satu fotolisis bukan biologi dan spontan yang paling banyak dikaji ialah kemerosotan ozon oleh cahaya ultraviolet (UV). Ozon, sebuah oksigen azotropik, terdiri daripada tiga atom unsur ini.

Ozon terdapat di kawasan yang berbeza di atmosfera, tetapi ia berkumpul di satu ozonosfera yang dipanggil. Zon zon yang tinggi ozon melindungi semua bentuk kehidupan dari kesan cahaya UV yang berbahaya.

Walaupun cahaya UV memainkan peranan penting dalam penjanaan dan penurunan ozon, ia mewakili salah satu daripada kes-kes yang paling melambangkan pecahan molekul oleh tenaga berseri.

Di satu pihak, ia menunjukkan bahawa bukan sahaja cahaya yang dapat dilihat mampu memberikan foton aktif untuk degradasi. Di samping itu, dalam hubungannya dengan aktiviti biologi penjanaan molekul penting, menyumbang kepada kewujudan dan peraturan kitaran oksigen.

Proses lain

Photodissociation juga merupakan sumber utama pecah molekul dalam ruang interstellar. Proses fotolisis lain, kali ini dimanipulasi oleh manusia, mempunyai kepentingan saintifik, asas dan kegunaan asas.

Photodegradation sebatian antropogenik di perairan menerima perhatian yang semakin meningkat. Aktiviti manusia menentukan bahawa dalam banyak keadaan antibiotik, ubat-ubatan, racun perosak, dan sebatian lain yang berasal dari sintetik, berakhir di dalam air.

Satu cara untuk memusnahkan atau sekurang-kurangnya mengurangkan aktiviti sebatian ini adalah melalui reaksi yang melibatkan penggunaan tenaga cahaya untuk memecahkan ikatan tertentu molekul-molekul tersebut.

Dalam sains biologi ia adalah sangat biasa untuk mencari sebatian photoreactive yang kompleks. Sebaik sahaja terdapat dalam sel atau tisu, sesetengahnya tertakluk kepada beberapa jenis sinaran cahaya untuk memecahkannya.

Ini menghasilkan rupa sebatian lain yang pengesanan atau pengesanannya membolehkan kita menjawab banyak soalan asas.

Dalam kes lain, kajian sebatian yang diperolehi daripada reaksi photodissociation ditambah dengan sistem pengesanan membolehkan kajian global terhadap komposisi sampel kompleks.

Rujukan

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Photodissociation spektrometri massa: Alat baru untuk pencirian molekul biologi. Maklumat Persatuan Kimia, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P. J. (2018) Meningkatkan fotosintesis dalam tumbuhan: tindak balas cahaya. Esei dalam Biokimia, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Sawyer,. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Cabaran dan peluang pengeluaran hidrogen dari microalgae. Jurnal Bioteknologi Tanaman, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, P. J., Nakanishi, J. (2014) photoactivatable Nanopatterned Substrat untuk Menganalisis Collective Migration Cell Cell Dengan Tuned Tepat Extracellular Matrix-ligan Interaksi. PLOS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Foto-transformasi sebatian farmasi aktif dalam persekitaran berair: kajian semula. Sains alam sekitar. Proses & ES, 16: 697-720.