Kas ir fotolīze?



The fotolīze Tas ir ķīmisks process, kura rezultātā gaismas absorbcija (starojuma enerģija) ļauj molekulu sadalīt mazākos komponentos. Tas nozīmē, ka gaisma nodrošina enerģiju, kas nepieciešama, lai izjauktu molekulu tās sastāvdaļās. Tas ir zināms arī ar fotodokumentācijas vai fotodisociācijas nosaukumiem.

Piemēram, ūdens fotolīze ir būtiska sarežģītu dzīves formu esamībai uz planētas. To veic augi, kas izmanto saules gaismu. Ūdens molekulu sadalīšanās (H. \ T2O) rada molekulāro skābekli (O2): ūdeņradi izmanto samazinošās enerģijas uzglabāšanai.

Kopumā mēs varam teikt, ka fotolītiskās reakcijas ietver fotona absorbciju. Tas nāk no dažādu viļņu garumu starojošas enerģijas, un tāpēc ar dažādiem enerģijas daudzumiem.

Kad fotons ir absorbēts, var notikt divas lietas. Vienā no tām molekula absorbē enerģiju, kļūst satraukta un pēc tam atslābina. Otrā, šī enerģija ļauj ķīmiskajai saitei. Tā ir fotolīze.

Šis process var būt saistīts ar citu saikņu veidošanos. Starpība starp absorbciju, kas rada izmaiņas, nav tā, ko sauc par kvantu ražu.

Tas ir īpaši katram fotonam, jo ​​tas ir atkarīgs no enerģijas emisijas avota. Kvantu raža ir definēta kā reaģentu molekulu skaits, kas modificēts uz absorbētajiem fotoniem.

Indekss

  • 1 Fotolīze dzīvās būtnēs
    • 1.1. Fotogrāfiju sistēmas I un II
    • 1.2. Molekulārais ūdeņradis
  • 2 Bioloģiskā fotolīze
  • 3 Atsauces

Fotolīze dzīvās būtnēs

Ūdens fotolīze nav spontāni. Tas nozīmē, ka saules gaisma neizjauc ūdeņraža saites ar skābekli tikai tāpēc, ka. Ūdens fotolīze nav kaut kas vienkārši, tas tiek darīts. Un tā arī dzīvie organismi, kas spēj veikt fotosintēzi.

Lai veiktu šo procesu, fotosintētiskie organismi izmanto fotosintēzes gaismas reakcijas. Lai to panāktu, viņi, protams, izmanto bioloģiskas molekulas, no kurām vissvarīgākais ir hlorofils P680.

Tā sauktajā Hill reakcijā vairākas elektronu transportēšanas ķēdes pieļauj molekulāro skābekli, enerģiju ATP formā un samazina jaudu NADPH formā, ko iegūst no ūdens fotolīzes..

Pēdējie divi šīs gaismas fāzes produkti tiks izmantoti fotosintēzes tumšajā fāzē (vai Calvin Cycle), lai asimilētu CO2 un ražo ogļhidrātus (cukurus).

Fotogrāfiju sistēmas I un II

Šīs konveijera ķēdes sauc par fotosistēmām (I un II), un to sastāvdaļas atrodas hloroplastos. Katrs no viņiem izmanto dažādus pigmentus un absorbē dažādu viļņu garumu.

Tomēr visa konglomerāta centrālais elements ir gaismas savākšanas centrs, ko veido divu veidu hlorofils (a un b), dažādi karotinoīdi un 26 kDa proteīns..

Pēc tam notvertie fotoni tiek pārnesti uz reakcijas centriem, kuros notiek jau minētās reakcijas.

Molekulārais ūdeņradis

Vēl viens veids, kā dzīvās būtnes ir lietojušas ūdens fotolīzi, ietver molekulārā ūdeņraža (H2). Lai gan dzīvās būtnes var radīt molekulāro ūdeņradi ar citiem ceļiem (piemēram, izmantojot baktēriju formiatohidrogenoliasa fermentu), ražošana no ūdens ir viens no ekonomiskākajiem un efektīvākajiem.

Tas ir process, kas parādās kā papildu solis vēlāk vai neatkarīgi no ūdens hidrolīzes. Šajā gadījumā organismi, kas spēj veikt gaismas reakcijas, spēj darīt kaut ko papildus.

H lietošana+ (protoni) un e- (elektroni), kas iegūti no ūdens fotolīzes, lai radītu H2 ziņots tikai par zilaļģēm un zaļajām aļģēm. Netiešā veidā ražo H2 ir pēc ūdens fotolīzes un ogļhidrātu veidošanās.

To veic abu veidu organismi. Otra forma, tiešā fotolīze, ir vēl interesantāka un to veic tikai mikroaļģes. Tas ietver elektronu novirzīšanu, kas rodas no gaismas gaismas plīsuma no fotosistēmas II tieši uz H ražojošo fermentu.2 (hidrogenāze).

Tomēr šis enzīms ir ļoti jutīgs pret O klātbūtni2. Molekulārā ūdeņraža bioloģiskā ražošana ar ūdens fotolīzi ir aktīvas izmeklēšanas joma. Tā mērķis ir nodrošināt lētas un tīras enerģijas ražošanas alternatīvas.

Ne-bioloģiskā fotolīze

Ozona noārdīšanās ar ultravioleto gaismu

Viena no visvairāk pētītajām nebioloģiskajām un spontānajām fotolīzēm ir ozona noārdīšanās ultravioletā (UV) gaismā. Ozonu, azotropo skābekli, veido trīs elementa atomi.

Ozons atrodas dažādās atmosfēras zonās, bet tas uzkrājas vienā sauc par ozonosfēru. Šī augsta ozona koncentrācijas zona aizsargā visu veidu dzīvību no UV gaismas kaitīgās ietekmes.

Lai gan UV gaismai ir svarīga nozīme gan ozona radīšanā, gan degradācijā, tas ir viens no simboliskākajiem gadījumiem, kad molekulāro sadalījumu nosaka starojuma enerģija..

No vienas puses, tas norāda, ka ne tikai redzamā gaisma spēj nodrošināt aktīvus fotonus degradācijai. Turklāt kopā ar dzīvības molekulas radīšanas bioloģiskajām aktivitātēm veicina skābekļa cikla esamību un regulēšanu.

Citi procesi

Fotodisociatūra ir arī galvenais molekulu pārrāvuma avots starpzvaigžņu telpā. Citi fotolīzes procesi, šoreiz manipulējot ar cilvēku, ir rūpnieciski, fundamentāli zinātniski un lietišķi svarīgi.

Antropogēno savienojumu fotodegradācija ūdeņos arvien vairāk pievērš uzmanību. Cilvēka darbība nosaka, ka daudzos gadījumos ūdenī nonāk antibiotikas, zāles, pesticīdi un citi sintētiskas izcelsmes savienojumi..

Viens veids, kā iznīcināt vai vismaz samazināt šo savienojumu aktivitāti, ir reakcijas, kas saistītas ar gaismas enerģijas izmantošanu, lai izjauktu konkrētu šo molekulu saites..

Bioloģijas zinātnē ir ļoti bieži sastopami sarežģīti fotoreaktīvi savienojumi. Pēc tam, kad tie atrodas šūnās vai audos, daži no tiem tiek pakļauti kāda veida gaismas starojumam, lai tos izjauktu.

Tas rada cita savienojuma izskatu, kura izsekošana vai atklāšana ļauj mums atbildēt uz daudziem pamatjautājumiem.

Citos gadījumos tādu savienojumu izpēte, kas iegūti no fotodisociācijas reakcijas, kas savienota ar atklāšanas sistēmu, ļauj veikt globālus pētījumus par sarežģītu paraugu sastāvu..

Atsauces

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Fotodisociācijas masas spektrometrija: Jauni instrumenti bioloģisko molekulu raksturošanai. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P. J. (2018) Fotosintēzes uzlabošana augos: gaismas reakcijas. Esaja Biochemistry, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Sawyer,. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Izaicinājumi un iespējas ūdeņraža ražošanai no mikroorganismiem. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, J.P., Nakanishi, J. (2014) Photoactivatable Nanopatterned Substrate kolektīvo šūnu migrācijas analīzei ar precīzi noregulētu šūnu ekstracelulāro matricas ligandu mijiedarbību. PLoS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Farmaceitiski aktīvo savienojumu fotomehānisms ūdens vidē: pārskats. Vides zinātne. Procesi un ES, 16: 697-720.