Co je to fotolýza?



fotolýzu Jedná se o chemický proces, díky němuž absorpce světla (zářivá energie) umožňuje rozpad molekuly na menší složky. To znamená, že světlo poskytuje energii potřebnou k rozbití molekuly v jejích složkách. To je také známé jmény photodecomposition nebo photodissociation.

Například fotolýza vody je zásadní pro existenci komplexních forem života na planetě. To se provádí rostlinami používajícími sluneční světlo. Rozpad molekul vody (H2O) vede k molekulárnímu kyslíku (O2): pro skladování redukčního výkonu se používá vodík.

Obecně lze říci, že fotolytické reakce zahrnují absorpci fotonu. To pochází ze zářivé energie různých vlnových délek, a proto s různým množstvím energie.

Jakmile je foton absorbován, mohou se stát dvě věci. V jednom z nich molekula absorbuje energii, stává se vzrušená a pak se uvolňuje. V druhé, že energie umožňuje rozbití chemické vazby. To je fotolýza.

Tento proces může být spojen s tvorbou dalších vazeb. Rozdíl mezi absorpcí, která generuje změny, na ten, který se nazývá kvantový výnos.

Je to zejména pro každý foton, protože závisí na zdroji energie. Kvantový výtěžek je definován jako počet molekul reaktantů modifikovaných na absorbovaný foton.

Index

  • 1 Fotolýza v živých bytostech
    • 1.1 Fotosystémy I a II
    • 1.2 Molekulární vodík
  • 2 Nelogická fotolýza
  • 3 Odkazy

Fotolýza v živých bytostech

Fotolýza vody není něco, co se děje spontánně. To znamená, že sluneční světlo nerozbije vodíkové vazby s kyslíkem jen proto, že. Fotolýza vody není něco, co se prostě stane, je to hotovo. A také živé organismy, které jsou schopny provádět fotosyntézu.

Pro provedení tohoto procesu se fotosyntetické organismy uchylují k tzv. Reakcím světla fotosyntézy. K dosažení tohoto cíle využívají samozřejmě biologické molekuly, z nichž nejdůležitější je chlorofyl P680.

V takzvané Hill reakci, několik řetězců transportu elektronů dovolí molekulární kyslík, energii ve formě ATP a redukční sílu ve formě NADPH být získán od photolysis vody..

Poslední dva produkty této světelné fáze budou použity v temné fázi fotosyntézy (nebo Calvinova cyklu) k asimilaci CO2 a produkují sacharidy (cukry).

Fotosystémy I a II

Tyto dopravní řetězce se nazývají fotosystémy (I a II) a jejich složky se nacházejí v chloroplastech. Každý z nich používá různé pigmenty a absorbuje světlo různých vlnových délek.

Centrálním prvkem celého konglomerátu je však centrum pro sběr světla tvořené dvěma typy chlorofylu (a a b), různými karotenoidy a 26 kDa proteinem..

Zachycené fotony jsou pak přeneseny do reakčních center, ve kterých se vyskytují již zmíněné reakce.

Molekulový vodík

Dalším způsobem, jakým živé bytosti využívají fotolýzu vody, je tvorba molekulárního vodíku (H2). Ačkoli živé bytosti mohou produkovat molekulární vodík jinými způsoby (například působením bakteriálního formiatohidrogenoliasa enzymu), výroba z vody je jedním z nejekonomičtějších a nejúčinnějších způsobů.

Jedná se o proces, který se jeví jako dodatečný krok nebo nezávislý na hydrolýze vody. V tomto případě jsou organismy schopné provádět reakce světla schopny udělat něco navíc.

Použití H+ (protony) a e- (elektrony) odvozené z fotolýzy vody za vzniku H2 bylo hlášeno pouze u sinic a zelených řas. V nepřímé formě je výroba H2 je po fotolýze vody a tvorbě sacharidů.

Provádí se oběma typy organismů. Jiná forma, přímá fotolýza, je ještě zajímavější a provádí se pouze mikročipy. To zahrnuje směrování elektronů odvozených z prasknutí světla z fotosystému II přímo do enzymu produkujícího H.2 (hydrogenáza).

Tento enzym je však vysoce citlivý na přítomnost O2. Biologická produkce molekulárního vodíku fotolýzou vody je oblastí aktivního zkoumání. Jeho cílem je poskytovat levné a čisté alternativy výroby energie.

Nelogická fotolýza

Degradace ozonu ultrafialovým světlem

Jednou z nejvíce studovaných nebiologických a spontánních fotolýz je degradace ozonu ultrafialovým (UV) světlem. Ozon, azotropní kyslík, je tvořen třemi atomy prvku.

Ozon je přítomen v různých oblastech atmosféry, ale hromadí se v jedné ozonosféře. Tato zóna vysoké koncentrace ozonu chrání všechny formy života před škodlivými účinky UV světla.

Ačkoliv UV světlo hraje důležitou roli jak při tvorbě, tak při degradaci ozonu, představuje jeden z nejvýznačnějších případů molekulárního rozpadu radiační energií.

Na jedné straně ukazuje, že nejen viditelné světlo je schopno poskytovat aktivní fotony pro degradaci. Kromě toho, ve spojení s biologickými aktivitami generování vitální molekuly, přispívá k existenci a regulaci kyslíkového cyklu.

Ostatní procesy

Fotodisociace je také hlavním zdrojem prasknutí molekul v mezihvězdném prostoru. Jiné procesy fotolýzy, tentokrát manipulované lidskou bytostí, mají průmyslový, základní vědecký a aplikovaný význam.

Zvýšená pozornost je věnována fotodegradaci antropogenních sloučenin ve vodách. Lidská činnost určuje, že v mnoha případech antibiotika, léky, pesticidy a další sloučeniny syntetického původu končí ve vodě.

Jeden způsob, jak zničit nebo alespoň snížit aktivitu těchto sloučenin, je prostřednictvím reakcí, které zahrnují použití světelné energie k rozbití specifických vazeb těchto molekul..

V biologických vědách je velmi běžné nalézt komplexní fotoreaktivní sloučeniny. Jakmile jsou přítomny v buňkách nebo tkáních, některé z nich jsou vystaveny určitému typu světelného záření, které je rozbije.

To vytváří vzhled jiné sloučeniny, jejíž sledování nebo detekce nám umožňují odpovědět na řadu základních otázek.

V jiných případech studium sloučenin odvozených z fotodisociační reakce spojené s detekčním systémem umožňuje provádět globální studie o složení komplexních vzorků..

Odkazy

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Fotodisociační hmotnostní spektrometrie: Nové nástroje pro charakterizaci biologických molekul. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P. J. (2018) Zvýšení fotosyntézy v rostlinách: světelné reakce. Eseje v Biochemistry, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Sawyer,. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Výzvy a příležitosti pro výrobu vodíku z mikrorias. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, J.P., Nakanishi, J. (2014) Fotoaktivovatelný nanopatternovaný substrát pro analýzu migrace kolektivních buněk s přesně naladěnými interakcemi mezi buněčně extracelulárními matricovými ligandy. PLoS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Foto-transformace farmaceuticky aktivních sloučenin ve vodném prostředí: přehled. Environmentální věda. Processes & ES, 16: 697-720.