Что такое фотолиз?



фотолиз Это химический процесс, благодаря которому поглощение света (лучистой энергии) позволяет разбить молекулу на более мелкие компоненты. То есть свет обеспечивает энергию, необходимую для разрушения молекулы в ее составных частях. Это также известно под названиями фотодеструкции или фотодиссоциации.

Например, фотолиз воды имеет основополагающее значение для существования сложных форм жизни на планете. Это осуществляется растениями с использованием солнечного света. Распад молекул воды (H2O) приводит к молекулярному кислороду (O2): водород используется для накопления восстановительной мощности.

В общих чертах можно сказать, что фотолитические реакции включают поглощение фотона. Это исходит от лучистой энергии разных длин волн, и, следовательно, с разным количеством энергии.

Как только фотон поглощен, могут произойти две вещи. В одном из них молекула поглощает энергию, становится возбужденной, а затем расслабляется. С другой стороны, эта энергия позволяет разрушить химическую связь. Это фотолиз.

Этот процесс может быть связан с формированием других связей. Разница между поглощением, которое генерирует изменения, к тому, который не называется квантовым выходом.

Это характерно для каждого фотона, потому что это зависит от источника излучения энергии. Квантовый выход определяется как количество молекул реагента, модифицированных на поглощенный фотон..

индекс

  • 1 Фотолиз в живых существах
    • 1.1 Фотосистемы I и II
    • 1.2 Молекулярный водород
  • 2 Небиологический фотолиз
  • 3 Ссылки

Фотолиз в живых существах

Фотолиз воды - это не то, что происходит спонтанно. То есть солнечный свет не разрывает водородные связи с кислородом только потому, что. Фотолиз воды - это не то, что просто происходит, это делается. Как и живые организмы, способные проводить фотосинтез.

Для осуществления этого процесса фотосинтезирующие организмы прибегают к так называемым реакциям света фотосинтеза. И для достижения этого они используют, очевидно, биологические молекулы, наиболее важной из которых является хлорофилл P680..

В так называемой реакции Хилла несколько цепей переноса электронов позволяют молекулярному кислороду, энергии в форме АТФ и уменьшать мощность в форме НАДФН получать в результате фотолиза воды..

Последние два продукта этой светящейся фазы будут использоваться в темной фазе фотосинтеза (или цикла Кальвина) для ассимиляции СО2 и производить углеводы (сахара).

Фотосистемы I и II

Эти конвейерные цепи называются фотосистемами (I и II), а их компоненты находятся в хлоропластах. Каждый из них использует разные пигменты и поглощает свет разных длин волн.

Однако центральным элементом всего конгломерата является центр сбора света, образованный двумя типами хлорофилла (a и b), различными каротиноидами и белком 26 кДа..

Захваченные фотоны затем переносятся в реакционные центры, в которых происходят уже упомянутые реакции.

Молекулярный водород

Другой способ, которым живые существа использовали фотолиз воды, включает в себя образование молекулярного водорода (H2). Хотя живые существа могут производить молекулярный водород другими путями (например, под действием бактериального фермента formiatohidrogenoliasa), производство из воды является одним из наиболее экономичных и эффективных.

Это процесс, который появляется как дополнительная стадия позже или не зависит от гидролиза воды. В этом случае организмы, способные проводить реакции света, способны делать что-то дополнительное..

Использование Н+ (протоны) и е- (электроны), полученные в результате фотолиза воды с образованием Н2 это было сообщено только у цианобактерий и зеленых водорослей. В косвенной форме, производство H2 после фотолиза воды и генерации углеводов.

Это осуществляется обоими типами организмов. Другая форма, прямой фотолиз, еще более интересна и осуществляется только микроводорослями. Это включает в себя направление электронов, полученных в результате легкого разрыва воды, из фотосистемы II непосредственно в фермент, продуцирующий H.2 (Гидрогеназа).

Этот фермент, однако, очень чувствителен к присутствию O2. Биологическое производство молекулярного водорода путем фотолиза воды является областью активных исследований. Он направлен на обеспечение дешевой и чистой альтернативы производства энергии.

Небиологический фотолиз

Разложение озона под воздействием ультрафиолета

Одним из наиболее изученных небиологических и спонтанных фотолизов является разрушение озона ультрафиолетовым (УФ) светом. Озон, азотропный кислород, состоит из трех атомов элемента.

Озон присутствует в разных областях атмосферы, но накапливается в одной, называемой озоносферой. Эта зона высокой концентрации озона защищает все формы жизни от вредного воздействия ультрафиолета..

Хотя ультрафиолетовый свет играет важную роль как в образовании, так и в разрушении озона, он представляет собой один из наиболее ярких случаев разрушения молекул под действием лучистой энергии..

С одной стороны, это указывает на то, что не только видимый свет способен давать активные фотоны для деградации. Кроме того, в сочетании с биологической активностью генерации жизненно важной молекулы, способствует существованию и регуляции кислородного цикла.

Другие процессы

Фотодиссоциация также является основным источником разрыва молекул в межзвездном пространстве. Другие процессы фотолиза, на этот раз управляемые человеком, имеют промышленное, фундаментальное научное и прикладное значение..

Фотодеградации антропогенных соединений в водах уделяется все больше внимания. Человеческая деятельность определяет, что во многих случаях антибиотики, лекарства, пестициды и другие соединения синтетического происхождения попадают в воду.

Один из способов разрушить или, по крайней мере, уменьшить активность этих соединений - это реакции, которые включают использование световой энергии для разрыва специфических связей этих молекул..

В биологических науках очень часто встречаются сложные фотореактивные соединения. Будучи присутствующими в клетках или тканях, некоторые из них подвергаются воздействию определенного типа светового излучения для их разрушения.

Это создает видимость другого соединения, отслеживание или обнаружение которого позволяют нам ответить на множество основных вопросов..

В других случаях изучение соединений, полученных в результате реакции фотодиссоциации, связанной с системой детектирования, позволяет проводить глобальные исследования состава сложных образцов..

ссылки

  1. Brodbelt, J. S. (2014) Масс-спектрометрия фотодиссоциации: новые инструменты для характеристики биологических молекул. Обзоры Химического Общества, 43: 2757-2783.
  2. Кардона Т., Шао С., Никсон П.Дж. (2018). Усиление фотосинтеза у растений: светлые реакции. Очерки по биохимии, 13: 85-94.
  3. Ой, М., Сойер. A.L., Ross, I.L., Hankamer, B. (2016) Проблемы и возможности для получения водорода из микроводорослей. Журнал по биотехнологии растений, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, J.P., Nakanishi, J. (2014) Фотоактивируемая подложка из наночастиц для анализа коллективной миграции клеток с точно настроенными межклеточными матричными лигандными взаимодействиями. PLOS ONE, 9: e91875.
  5. Ян С., Сонг В. (2014) Фототрансформация фармацевтически активных соединений в водной среде: обзор. Наука об окружающей среде. Процессы и ES, 16: 697-720.