Kas yra fotolizė?



The fotolizė Tai cheminis procesas, kurio metu šviesos absorbcija (spinduliavimo energija) leidžia molekulę sulaužyti į mažesnius komponentus. Tai reiškia, kad šviesa suteikia energiją, reikalingą molekulės sudaužymui jos sudėtinėse dalyse. Jis taip pat žinomas kaip fotokompozicijos ar fotodisociacijos pavadinimai.

Pavyzdžiui, vandens fotolizė yra svarbi sudėtingų gyvybės formų egzistavimui planetoje. Tai atlieka augalai, kurie naudoja saulės šviesą. Vandens molekulių skilimas (H. \ T2O) sukelia molekulinį deguonį (O2): vandenilis naudojamas mažinančiai energijai saugoti.

Apskritai galime pasakyti, kad fotolitinės reakcijos apima fotono absorbciją. Tai gaunama iš skirtingų bangų ilgių spinduliuojančios energijos, taigi ir su skirtingais energijos kiekiais.

Kai fotonas absorbuojamas, gali įvykti du dalykai. Vienoje iš jų molekulė sugeria energiją, susijaudina ir atpalaiduoja. Antra, ta energija leidžia nutraukti cheminę jungtį. Tai yra fotolizė.

Šis procesas gali būti susietas su kitų ryšių formavimu. Skirtumas tarp absorbcijos, kuri generuoja pokyčius, yra ne tas, kuris vadinamas kvantiniu išeiga.

Tai ypač svarbu kiekvienam fotonui, nes jis priklauso nuo energijos emisijos šaltinio. Kvantinis derlius apibrėžiamas kaip reagentų molekulių, pakeistų per absorbuotą fotoną, skaičius.

Indeksas

  • 1 Fotolizė gyvose būtybėse
    • 1.1 Fotografijos I ir II sistemos
    • 1.2 Molekulinė vandenilis
  • 2 Biologinė fotolizė
  • 3 Nuorodos

Fotolizė gyvose būtybėse

Vandens fotolizė ne savaime vyksta. Tai reiškia, kad saulės šviesa nesugeria vandenilio ryšių su deguonimi tik todėl, kad. Vandens fotolizė nėra kažkas, kas tiesiog vyksta, tai daroma. Ir taip pat gyvi organizmai, galintys atlikti fotosintezę.

Šiam procesui atlikti fotosintezės organizmai naudojasi vadinamosiomis fotosintezės šviesos reakcijomis. Ir, norint tai pasiekti, jie, žinoma, naudoja biologines molekules, iš kurių svarbiausia yra chlorofilas P680.

Vadinamojoje Hill reakcijoje kelios elektronų transportavimo grandinės leidžia molekulinį deguonį, energiją ATP formoje ir mažinti galios NADPH formą, gaunamą iš vandens fotolizės..

Paskutiniai du šios šviesos fazės produktai bus naudojami tamsoje fotosintezės fazėje (arba Calvin Cycle), kad CO2 ir gamina angliavandenius (cukrus).

I ir II sistemos

Šios konvejerio grandinės vadinamos fotosistemomis (I ir II), o jų komponentai yra chloroplastuose. Kiekvienas iš jų naudoja skirtingus pigmentus ir sugeria skirtingų bangų ilgio šviesą.

Tačiau pagrindinis konglomerato elementas yra šviesos surinkimo centras, sudarytas iš dviejų tipų chlorofilo (a ir b), skirtingų karotinoidų ir 26 kDa baltymo..

Tada užfiksuoti fotonai perkeliami į reakcijos centrus, kuriuose vyksta jau minėtos reakcijos.

Molekulinis vandenilis

Kitas būdas, kaip gyvos būtybės panaudojo vandens fotolizę, apima molekulinio vandenilio (H2). Nors gyvos būtybės gali gaminti molekulinį vandenilį kitais būdais (pavyzdžiui, veikdamos bakterijų formiatohidrogenoliasa fermentu), gamyba iš vandens yra vienas ekonomiškiausių ir efektyviausių.

Tai procesas, kuris pasirodo kaip papildomas žingsnis vėliau arba nepriklausomas nuo vandens hidrolizės. Šiuo atveju organizmai, galintys atlikti šviesos reakcijas, gali daryti kažką papildomo.

H naudojimas+ (protonai) ir e- (elektronai), gauti iš vandens fotolizės, sukuriant H2 apie tai pranešta tik cianobakterijų ir žaliųjų dumblių atveju. Netiesiogiai - H2 yra po vandens fotolizės ir angliavandenių susidarymo.

Ją atlieka abiejų tipų organizmai. Kita forma, tiesioginė fotolizė, yra dar įdomesnė ir ją atlieka tik mikrodumbliai. Tai apima elektronų nukreipimą, gaunamą iš šviesos plyšimo nuo fotosistemos II tiesiai į H gamybos fermentą.2 (hidrogenazė).

Tačiau šis fermentas yra labai jautrus O2. Biologinė molekulinės vandenilio gamyba fotolizės būdu yra aktyvaus tyrimo sritis. Juo siekiama suteikti pigias ir švarias energijos gamybos alternatyvas.

Ne biologinė fotolizė

Ozono skaidymas ultravioletine spinduliuote

Viena iš labiausiai tiriamų nebiologinių ir spontaniškų fotolizių yra ozono skaidymas ultravioletinėmis (UV) šviesomis. Ozoną, azotropinį deguonį, sudaro trys elemento atomai.

Ozonas yra skirtingose ​​atmosferos vietose, tačiau kaupiasi vienoje vietoje, vadinamoje ozonosfera. Ši didelės ozono koncentracijos zona apsaugo visas gyvenimo formas nuo žalingo UV šviesos poveikio.

Nors UV šviesa atlieka svarbų vaidmenį tiek ozono susidarymo, tiek irimo procese, ji yra vienas iš labiausiai simbolinių molekulinio suskirstymo pagal spinduliavimo energiją atvejų..

Viena vertus, tai rodo, kad ne tik matoma šviesa gali suteikti aktyvių fotonų degradacijai. Be to, kartu su gyvybinės molekulės generavimo biologine veikla prisidedama prie deguonies ciklo egzistavimo ir reguliavimo.

Kiti procesai

Fotodisociacija taip pat yra pagrindinis molekulių plyšimo tarpžvaigždinėje erdvėje šaltinis. Kiti fotolizės procesai, kuriuos šiuo metu manipuliuoja žmogus, turi pramoninę, pagrindinę mokslinę ir taikomą reikšmę.

Vis daugiau dėmesio skiriama antropogeninių junginių fotodegradacijai vandenyse. Žmogaus veikla lemia, kad daugeliu atvejų antibiotikai, vaistai, pesticidai ir kiti sintetinės kilmės junginiai patenka į vandenį..

Vienas iš būdų, kaip sunaikinti arba mažinti šių junginių aktyvumą, yra reakcijos, susijusios su šviesos energijos panaudojimu tam tikrų šių molekulių ryšiams nutraukti..

Biologijos moksluose labai dažnai randama sudėtingų fotoreaktyvių junginių. Kai kurie iš jų yra ląstelėse ar audiniuose, kai kurie iš jų susiduria su tam tikra šviesos spinduliuote, kad juos sugadintų.

Tai sukuria kito junginio, kurio stebėjimas ar aptikimas leidžia mums atsakyti į daugelį pagrindinių klausimų, išvaizdą.

Kitais atvejais junginių, gautų iš fotodisociacijos reakcijos, susietos su aptikimo sistema, tyrimas leidžia atlikti pasaulinius kompleksinių mėginių sudėties tyrimus..

Nuorodos

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Fotodisociacijos masių spektrometrija: naujos priemonės biologinių molekulių apibūdinimui. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P. J. (2018) Fotosintezės didinimas augaluose: šviesos reakcijos. Esė Biochemijoje, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Sawyer. A. L., Rossas, I. L., Hankameras, B. (2016). Vandenilio gamybos iš mikrodumblių iššūkiai ir galimybės. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, J.P., Nakanishi, J. (2014) „Photoactivatable Nanopatterned Substrate“ kolektyvinių ląstelių migracijos analizei su tiksliai sureguliuotomis ląstelių ekstraląstelinėmis matricos sąveikomis. PLoS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Farmaciškai aktyvių junginių fotomedžiaga vandeninėje aplinkoje: apžvalga. Aplinkos mokslai. Procesai ir ES, 16: 697-720.