Mis on fotolüüs?



The fotolüüs See on keemiline protsess, mille abil valguse neeldumine (kiirgusenergia) võimaldab molekuli purunemist väiksemateks komponentideks. See tähendab, et valgus annab energia, mis on vajalik molekuli purustamiseks selle komponentides. Seda tuntakse ka fotodetailide või fotodissotsiatsioonide nimede järgi.

Vee fotolüüs on näiteks planeedil keeruliste eluvormide olemasolu jaoks oluline. Seda teevad päikesevalgust kasutavad taimed. Veemolekulide lagunemine (H. \ T2O) annab molekulaarse hapniku (O2): vesinikku kasutatakse vähendava energia säilitamiseks.

Üldiselt võib öelda, et fotolüütilised reaktsioonid hõlmavad fotoni imendumist. See tuleneb erineva lainepikkusega kiirgavast energiast ja seega ka erineva energiakogusega.

Kui foton on imendunud, võib juhtuda kaks asja. Ühes neist neelab molekul energiat, põnevil ja seejärel lõdvestub. Teises võimaldab see energia keemilise sideme purunemist. See on fotolüüs.

See protsess võib olla seotud teiste linkide moodustamisega. Erinevus imendumise, mis tekitab muutusi, vahel, mida ei nimetata kvantsaagiks.

Iga fotoni jaoks on see eriti oluline, sest see sõltub energiaallikast. Kvantsaagis on defineeritud kui reagentide molekulide arv, mis on modifitseeritud imendunud fotoni kohta.

Indeks

  • 1 Fotolüüs elusolendites
    • 1.1 Fotosüsteemid I ja II
    • 1.2 Molekulaarne vesinik
  • 2 Bioloogiline fotolüüs
  • 3 Viited

Fotolüüs elusolendites

Vee fotolüüs ei ole spontaanselt juhtunud. See tähendab, et päikesevalgus ei purusta vesiniksidemeid hapnikuga just seetõttu, et. Vee fotolüüs ei ole midagi, mis lihtsalt juhtub, seda tehakse. Ja nii elavad organismid, mis on võimelised fotosünteesi läbi viima.

Selle protsessi teostamiseks kasutavad fotosünteetilised organismid fotosünteesi valguse nn reaktsioone. Selle saavutamiseks kasutavad nad muidugi bioloogilisi molekule, millest kõige olulisem on klorofüll P680.

Niinimetatud Hill Reactionis võimaldavad mitmed elektronide transpordiahelad molekulaarset hapnikku, ATP vormis energiat ja vee fotolüüsi teel saadavat NADPH vormi vähendavat võimsust..

Selle valgusfaasi kahte viimast toodet kasutatakse fotosünteesi pimedas faasis (või Calvin Cycle) CO \ t2 ja toodavad süsivesikuid (suhkrud).

Fotosüsteemid I ja II

Neid konveieri ahelaid nimetatakse fotosüsteemideks (I ja II) ja nende komponendid paiknevad kloroplastides. Igaüks neist kasutab erinevaid pigmente ja neelab erineva lainepikkusega valgust.

Konglomeraadi keskseks elemendiks on aga valguskogumiskeskus, mis koosneb kahest klorofülli (a ja b), erinevate karotenoidide ja 26 kDa valgu tüübist..

Seejärel kantakse kinni püütud fotoonid reaktsioonikeskustesse, kus esinevad juba mainitud reaktsioonid.

Molekulaarne vesinik

Teine võimalus, kuidas elusolendid on kasutanud vee fotolüüsi, hõlmab molekulaarse vesiniku (H2). Kuigi elusolendid võivad toota molekulaarset vesinikku muul viisil (näiteks bakteriaalse formiatohidrogenoliasa ensüümi toimel), on vee tootmine üks kõige ökonoomsemaid ja tõhusamaid.

See on protsess, mis ilmneb täiendava sammuna või sõltub vee hüdrolüüsist. Sel juhul on valguse reaktsioone võimelised organismid võimelised tegema midagi täiendavat.

H kasutamine+ (prootonid) ja e- (elektronid), mis on saadud vee fotolüüsist, et luua H2 sellest on teatatud ainult sinivetikates ja rohevetikates. Kaudses vormis H2 on pärast vee fotolüüsi ja süsivesikute teket.

Seda teostavad mõlemad organismid. Teine vorm, otsene fotolüüs, on veelgi huvitavam ja seda teostavad ainult mikroalgad. See hõlmab elektronide kanalisatsiooni fotosüsteemist II tuleneva vee kergest purunemisest otse H-i tootva ensüümi juurde.2 (hüdrogeenimine).

See ensüüm on aga O suhtes väga tundlik2. Molekulaarse vesiniku bioloogiline tootmine vee fotolüüsi abil on aktiivse uurimise valdkond. Selle eesmärk on pakkuda odavaid ja puhta energia tootmise alternatiive.

Bioloogiline fotolüüs

Osooni lagunemine ultraviolettkiirgusega

Üks enim uuritud mittebioloogilistest ja spontaansetest fotolüüsidest on osooni lagunemine ultraviolettkiirguse (UV) valgusega. Osoon, asotroopne hapnik, koosneb elemendi kolmest aatomist.

Osoon esineb atmosfääri erinevates piirkondades, kuid see koguneb osoonosfääri. See kõrge osoonisisaldusega tsoon kaitseb kõiki eluvorme UV-valguse kahjulike mõjude eest.

Kuigi UV-valgus mängib olulist rolli nii osooni tekitamisel kui ka lagundamisel, on see üks kõige sümboolsemaid juhtumeid molekulaarse jaotuse kohta kiirgusvõimsuse abil.

Ühest küljest näitab see, et mitte ainult nähtav valgus on võimeline lagundamiseks aktiivseid fotoneid pakkuma. Lisaks aitab elutähtsate molekulide tekke bioloogiline aktiivsus kaasa hapnikutsükli olemasolu ja reguleerimisele.

Muud protsessid

Fotodissotsiatsioon on ka tähtedevahelises ruumis molekulide rebenemise peamine allikas. Teistel fotolüüsi protsessidel, mis on seekord inimese poolt manipuleeritud, on tööstuslik, põhiline teaduslik ja rakendatav tähtsus.

Antropogeensete ühendite fotodegradatsioon vetes pöörab üha enam tähelepanu. Inimese tegevus määrab kindlaks, et paljudel juhtudel jõuavad vette antibiootikumid, ravimid, pestitsiidid ja muud sünteetilise päritoluga ühendid..

Üks võimalus nende ühendite aktiivsuse hävitamiseks või vähemalt selle vähendamiseks on reaktsioonid, mis hõlmavad valgusenergia kasutamist nende molekulide spetsiifiliste sidemete murdmiseks.

Bioloogiateadustes on väga keeruline leida kompleksseid fotoreaktiivseid ühendeid. Kui need on rakkudes või kudedes, siis mõned neist allutatakse mingi valguse kiirgusele, et neid purustada.

See loob teise ühendi väljanägemise, mille jälgimine või tuvastamine võimaldab meil vastata paljudele põhiküsimustele.

Muudel juhtudel võimaldab detekteerimissüsteemiga ühendatud fotodissotsiatsioonireaktsioonist tuletatud ühendite uurimine teha kompleksseid proove hõlmavate globaalsete uuringute läbiviimise..

Viited

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Fotodissotsiatsioonimassispektromeetria: uued vahendid bioloogiliste molekulide iseloomustamiseks. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P. J. (2018) Fotosünteesi suurendamine taimedes: valgusreaktsioonid. Essays in Biochemistry, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Sawyer. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Mikroalgastiku vesiniku tootmise väljakutsed ja võimalused. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, J.P., Nakanishi, J. (2014) Photoactivatable Nanopatterned Substrate kollektiivsete rakkude migratsiooni analüüsimiseks täpselt häälestatud raku-ekstratsellulaarse maatriksiga. PLoS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Farmatseutiliselt aktiivsete ühendite fototransformatsioon vesikeskkonnas: ülevaade. Keskkonnateadus. Protsessid ja ES, 16: 697-720.