Mikä on fotolyysi?



fotolyysi Se on kemiallinen prosessi, jonka avulla valon absorptio (säteilyenergia) sallii molekyylin rikkoutumisen pienemmiksi komponenteiksi. Toisin sanoen valo tuottaa energiaa, joka tarvitaan molekyylin rikkomiseksi sen osissa. Se tunnetaan myös valokomponenttien tai fotodisociaation nimillä.

Esimerkiksi veden fotolyysi on olennaisen tärkeää monimutkaisten elämänmuotojen olemassaololle planeetalla. Tämän suorittavat kasvit, jotka käyttävät auringonvaloa. Vesimolekyylien hajoaminen (H2O) johtaa molekyylien happeen (O2): Vetyä käytetään vähentävän tehon varastointiin.

Yleisesti ottaen voidaan sanoa, että fotolyyttiset reaktiot sisältävät fotonin imeytymisen. Tämä tulee erilaisten aallonpituuksien säteilevästä energiasta ja siten erilaisista energiamääristä.

Kun fotoni imeytyy, voi tapahtua kaksi asiaa. Yhdessä niistä molekyyli absorboi energiaa, innostuu ja rentoutuu. Toisessa, että energia sallii kemiallisen sidoksen rikkoutumisen. Tämä on fotolyysi.

Tämä prosessi voidaan kytkeä muiden linkkien muodostamiseen. Muutosten muodostavan imeytymisen erotus sellaiseen, jota ei kutsuta kvanttisaantoon.

Jokaiselle fotonille on erityistä, koska se riippuu energian päästölähteestä. Kvanttisaanto määritellään reagoivien molekyylien lukumääräksi, joka on muunnettu absorboitua fotonia kohti.

indeksi

  • 1 Fotolyysi elävissä olennoissa
    • 1.1 Kuvajärjestelmät I ja II
    • 1.2 Molekyylivety
  • 2 Ei-biologinen fotolyysi
  • 3 Viitteet

Fotolyysi elävissä olennoissa

Veden fotolyysi ei tapahdu spontaanisti. Eli auringonvalo ei rikkoa vetysidoksia hapen kanssa vain siksi, että. Veden fotolyysi ei tapahdu yksinkertaisesti, se tehdään. Ja niin elävät organismit, jotka pystyvät suorittamaan fotosynteesiä.

Tämän prosessin toteuttamiseksi fotosynteettiset organismit käyttävät ns. Fotosynteesin valon reaktioita. Tämän saavuttamiseksi he käyttävät luonnollisesti biologisia molekyylejä, joista tärkein on klorofylli P680.

Ns. Hill Reactionissa useat elektroninsiirtoketjut mahdollistavat molekyylin hapen, energian ATP: n muodossa ja vähentävän tehon NADPH: n muodossa veden fotolyysistä..

Tämän valonvaiheen kahta viimeistä tuotetta käytetään fotosynteesin (tai Calvin-syklin) pimeässä vaiheessa CO: n \ t2 ja tuottavat hiilihydraatteja (sokereita).

Photosystems I ja II

Näitä kuljetinketjuja kutsutaan fotojärjestelmiksi (I ja II) ja niiden komponentit sijaitsevat kloroplasteissa. Kukin niistä käyttää erilaisia ​​pigmenttejä ja absorboi eri aallonpituuksia.

Koko konglomeraatin keskeinen elementti on kuitenkin valonkeräyskeskus, joka muodostuu kahdentyyppisistä klorofylleistä (a ja b), erilaisista karotenoideista ja 26 kDa: n proteiinista..

Siepatut fotonit siirretään sitten reaktiokeskuksiin, joissa esiintyvät reaktiot esiintyvät.

Molekyylinen vety

Toinen tapa, jolla elävät olennot ovat käyttäneet veden fotolyysiä, käsittää molekyylivetyä (H2). Vaikka elävät olennot voivat tuottaa molekyylivetyä muilla reiteillä (esimerkiksi bakteriaalisen formiatohidrogenoliasa-entsyymin vaikutuksesta), veden tuottaminen on yksi taloudellisimmista ja tehokkaimmista.

Tämä on prosessi, joka näkyy lisävaiheena myöhemmin tai riippumatta veden hydrolyysistä. Tässä tapauksessa organismit, jotka kykenevät toteuttamaan valon reaktioita, pystyvät tekemään jotain muuta.

H: n käyttö+ (protonit) ja e- (elektronit), jotka on johdettu veden fotolyysistä, jolloin muodostuu H2 sitä on raportoitu vain sinilevissä ja vihreissä levissä. Epäsuorassa muodossa H: n tuotanto2 on veden fotolyysin ja hiilihydraattien syntymisen jälkeen.

Se toteutetaan molemmilla organismeilla. Toinen muoto, suora fotolyysi, on vieläkin mielenkiintoisempi, ja sen suorittaa vain mikroalat. Tähän liittyy elektronien kanavointi, joka on johdettu veden valon repeämästä valojärjestelmästä II suoraan H: ta tuottavaan entsyymiin.2 (Hydrogenaasientsyymin).

Tämä entsyymi on kuitenkin erittäin herkkä O: n läsnäololle2. Molekyylivedyn biologinen tuotanto veden fotolyysillä on aktiivisen tutkimuksen alue. Sen tavoitteena on tarjota halpoja ja puhtaita energiantuotantovaihtoehtoja.

Ei-biologinen fotolyysi

Otsonin hajoaminen ultraviolettivalolla

Yksi tutkituimmista ei-biologisista ja spontaaneista fotolyyseistä on otsonin hajoaminen ultraviolettivalolla (UV). Otsoni, atsotrooppinen happi, koostuu elementin kolmesta atomista.

Otsoni esiintyy ilmakehän eri alueilla, mutta se kerääntyy yhteen otsonosfääriin. Tämä korkea otsonipitoisuusalue suojaa kaikkia elämän muotoja UV-valon haitallisilta vaikutuksilta.

Vaikka UV-valolla on tärkeä merkitys sekä otsonin muodostamisessa että hajoamisessa, se on yksi merkittävimmistä tapauksista, joissa säteilyenergialla esiintyy molekyylien hajoamista..

Toisaalta se osoittaa, että ainoastaan ​​näkyvän valon kyky tuottaa aktiivisia fotoneja hajoamista varten. Lisäksi olennaisen molekyylin muodostumisen biologisten aktiivisuuksien yhteydessä edistetään happisyklin olemassaoloa ja säätelyä.

Muut prosessit

Photodissociation on myös pääasiallinen lähteiden välisen murtuman murtumisen lähde. Muilla fotolyysin prosesseilla, tällä kertaa ihmisen manipuloimalla, on teollinen, perustieteellinen ja sovellettu merkitys.

Antropogeenisten yhdisteiden valohajoaminen vesillä saa yhä enemmän huomiota. Ihmisen toiminta määrittää, että monissa tapauksissa antibiootit, lääkkeet, torjunta-aineet ja muut synteettistä alkuperää olevat yhdisteet joutuvat veteen.

Yksi tapa tuhota tai ainakin vähentää näiden yhdisteiden aktiivisuutta on reaktioiden kautta, joihin liittyy valoenergian käyttö näiden molekyylien tiettyjen sidosten rikkomiseksi.

Biotieteissä on hyvin yleistä löytää monimutkaisia ​​valoreaktiivisia yhdisteitä. Kun ne ovat läsnä soluissa tai kudoksissa, jotkut niistä altistuvat jonkinlaiselle valonsäteilylle niiden rikkomiseksi.

Tämä luo toisen yhdisteen, jonka seuranta tai havaitseminen antaa meille mahdollisuuden vastata moniin perusasioihin.

Muissa tapauksissa sellaisten yhdisteiden tutkiminen, jotka on saatu detektointijärjestelmään kytketystä fotodissosiointireaktiosta, mahdollistavat globaalien tutkimusten tekemisen monimutkaisten näytteiden koostumuksesta..

viittaukset

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Photodissociation-massaspektrometria: Uudet välineet biologisten molekyylien karakterisoimiseksi. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P. J. (2018) Kasvissa tapahtuvan fotosynteesin tehostaminen: valoreaktiot. Essays julkaisussa Biochemistry, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Sawyer,. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Mikroalojen vetytuotannon haasteet ja mahdollisuudet. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, J. P. PLoS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Farmaseuttisesti aktiivisten yhdisteiden valokuva-transformaatio vesipitoisessa ympäristössä: tarkistus. Ympäristötiede. Prosessit & ES, 16: 697-720.