Що таке фотоліз?



The фотоліз Це хімічний процес, завдяки якому поглинання світла (променевої енергії) дозволяє розбивати молекулу на більш дрібні компоненти. Тобто світло забезпечує енергію, необхідну для розриву молекули в її складових частинах. Він також відомий під назвою фоторозпаду або фотодисоціації.

Наприклад, фотоліз води є фундаментальним для існування складних форм життя на планеті. Це здійснюється рослинами, що використовують сонячне світло. Розпад молекул води (Н2O) призводить до молекулярного кисню (O2): водень використовується для зберігання відновної потужності.

Загалом, можна сказати, що фотолітичні реакції включають поглинання фотона. Це відбувається з випромінювальної енергії різних довжин хвиль і, отже, з різною кількістю енергії.

Як тільки фотон поглинається, можуть статися дві речі. В одній з них молекула поглинає енергію, збуджується, а потім розслабляється. З іншого боку, ця енергія дозволяє порушити хімічний зв'язок. Це фотоліз.

Цей процес може бути пов'язаний з утворенням інших зв'язків. Різниця між поглинанням, яке генерує зміни, до такої, яка не називається квантовим виходом.

Це стосується кожного фотона, оскільки воно залежить від джерела викиду енергії. Квантовий вихід визначається як кількість молекул реагентів, модифікованих за абсорбований фотон.

Індекс

  • 1 Фотоліз в живих істотах
    • 1.1 Фотосистеми I і II
    • 1.2 Молекулярний водень
  • 2 Небіологічний фотоліз
  • 3 Посилання

Фотоліз в живих істотах

Фотоліз води - не те, що відбувається спонтанно. Тобто сонячне світло не розриває водневі зв'язки з киснем тільки тому, що. Фотоліз води - це не те, що просто відбувається, це робиться. А також живі організми, здатні проводити фотосинтез.

Для здійснення цього процесу фотосинтетичні організми вдаються до так званих реакцій світла фотосинтезу. А для досягнення цього вони використовують, очевидно, біологічні молекули, найважливішою з яких є хлорофіл P680.

У так званій Хіл-реакції декілька ланцюгів транспорту електронів дозволяють отримувати молекулярний кисень, енергію у формі АТФ і знижувати потужність у вигляді NADPH з фотолізу води..

Останні два продукти цієї світлової фази будуть використовуватися в темній фазі фотосинтезу (або циклу Кальвіна) для асиміляції CO2 і виробляти вуглеводи (цукру).

Фотосистеми I і II

Ці конвеєрні ланцюги називаються фотосистемами (I і II), а їх компоненти знаходяться в хлоропластах. Кожен з них використовує різні пігменти і поглинає світло різних довжин хвиль.

Центральним елементом всього конгломерату, однак, є центр збору світла, утворений двома типами хлорофілу (а і б), різними каротиноїдами і білком 26 кДа..

Потім захоплені фотони переносять до реакційних центрів, в яких відбуваються вже згадані реакції.

Молекулярний водень

Інший спосіб, яким живі істоти використовували водний фотоліз, включає генерування молекулярного водню (H2). Хоча живі істоти можуть виробляти молекулярний водень іншими шляхами (наприклад, дією бактеріального форматіохідрогеноліазного ферменту), виробництво з води є одним з найбільш економічних і ефективних..

Це процес, який з'являється як додатковий крок пізніше або незалежний від гідролізу води. У цьому випадку організми, здатні здійснювати реакції світла, здатні робити щось додаткове.

Використання H+ (протони) і e- (електрони), отримані від фотолізу води для створення H2 повідомлялося лише про ціанобактерії та зелені водорості. У непрямій формі виробництво H2 відбувається після фотолізу води і утворення вуглеводів.

Це здійснюється обома типами організмів. Інша форма, безпосередній фотоліз, ще більш цікава і здійснюється тільки мікроводоростями. Це передбачає каналізацію електронів, отриманих від світлового розриву води з фотосистеми II безпосередньо на фермент, що продукує Н.2 (гідрогенази).

Цей фермент, однак, дуже сприйнятливий до присутності O2. Біологічне виробництво молекулярного водню шляхом фотолізу води є зоною активного дослідження. Вона спрямована на забезпечення дешевих альтернатив генерації енергії.

Небіологічний фотоліз

Деградація озону ультрафіолетом

Одним з найбільш вивчених небіологічних і спонтанних фотолізів є деградація озону ультрафіолетовим (УФ) світлом. Озон, азотропний кисень, складається з трьох атомів елемента.

Озон присутній в різних зонах атмосфери, але він накопичується в одній з названих озоносфері. Ця зона високої концентрації озону захищає всі форми життя від шкідливого впливу УФ-світла.

Хоча ультрафіолетове випромінювання відіграє важливу роль як у виробництві, так і в процесі деградації озону, воно є одним з найбільш емблематичних випадків молекулярного розбиття випромінювальної енергії.

З одного боку, це вказує на те, що не тільки видиме світло здатне забезпечити активні фотони для деградації. Крім того, у поєднанні з біологічною діяльністю генерації життєвої молекули, сприяє існуванню і регулюванню кисневого циклу.

Інші процеси

Фотодисоціація також є основним джерелом розриву молекул в міжзоряному просторі. Інші процеси фотолізу, в цей час маніпульовані людиною, мають промислове, фундаментальне наукове і прикладне значення.

Фотодеградація антропогенних сполук у водах набуває все більшої уваги. Діяльність людини визначає, що у багатьох випадках у воду потрапляють антибіотики, ліки, пестициди та інші сполуки синтетичного походження..

Одним із способів знищення або, принаймні, зниження активності цих сполук є реакції, які передбачають використання світлової енергії для розриву конкретних зв'язків цих молекул.

У біологічних науках дуже часто зустрічаються складні фотореактивні сполуки. Присутні в клітинах або тканинах, деякі з них піддаються деякому типу світлового випромінювання, щоб розбити їх.

Це породжує появу іншого з'єднання, відстеження або виявлення якого дозволяє нам відповісти на безліч основних питань.

В інших випадках дослідження сполук, отриманих з реакції фотодисоціації, пов'язаної з системою виявлення, дозволяє проводити глобальні дослідження складу складних зразків..

Список літератури

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Фотодиссоціаціонная мас-спектрометрія: нові засоби для характеристики біологічних молекул. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P.J. (2018) Посилення фотосинтезу в рослинах: світлові реакції. Нариси з біохімії, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Сойер,. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Виклики та можливості для отримання водню з мікроводоростей. Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, J.P., Nakanishi, J. (2014) Фотоактивируемие нанорозмірні субстрати для аналізу колективної міграції клітин з точно узгодженими взаємодіями лігандів клітинно-позаклітинної матриці. PLoS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Фото-трансформація фармацевтично активних сполук у водному середовищі: огляд. Наука про навколишнє середовище. Процеси і ES, 16: 697-720.