ČO JE TO FOTOLÝZA? - BIOLÓGIE - 2025

Fotolýza je chemický proces, na základe ktorého je absorpcia svetla (energia žiarenia) umožňuje rozdelenie molekuly na menšie komponenty. To znamená, že svetlo poskytuje energiu potrebnú na rozdelenie molekuly na jej komponenty. Je tiež známy pod menom zloženia fotodispozície alebo fotodisociácie.

Napríklad fotolýza vody je nevyhnutná pre existenciu komplexných foriem života na planéte. Uskutočňujú to rastliny využívajúce slnečné svetlo. Rozdelenie molekúl vody (H ₂ O) vedie molekulárneho kyslíka (O ₂ ): vodík sa používa pre skladovanie redukčnej sily.

Všeobecne možno povedať, že fotolytické reakcie zahŕňajú absorpciu fotónu. Vychádza z žiarivej energie rôznych vlnových dĺžok, a preto s rôznym množstvom energie.

Po absorpcii fotónu sa môžu vyskytnúť dve veci. V jednom z nich molekula absorbuje energiu, vzrušuje sa a potom sa uvoľní. Na druhej strane táto energia umožňuje prerušenie chemickej väzby. Toto je fotolýza.

Tento proces môže byť spojený s tvorbou ďalších väzieb. Rozdiel medzi absorpciou, ktorá generuje zmeny na absorpciu, ktorá nie je nazývaná kvantový výnos.

Je to zvlášť pre každý fotón, pretože závisí od zdroja energie. Kvantový výťažok je definovaný ako počet modifikovaných reaktantových molekúl na absorbovaný fotón.

Fotolýza v živých veciach

Fotolýza vody nie je niečo, čo sa deje spontánne. To znamená, že slnečné svetlo neprerušuje vodíkové väzby s kyslíkom len preto, že. Fotolýza vody nie je niečo, čo sa práve deje, je hotové. A žijú organizmy, ktoré sú schopné vykonávať fotosyntézu.

Na uskutočnenie tohto procesu sa fotosyntetické organizmy uchýlia k tzv. Svetelným reakciám fotosyntézy. Na dosiahnutie tohto cieľa samozrejme používajú biologické molekuly, z ktorých najdôležitejšia je chlorofyl P680.

Pri takzvanej Hill Reaction niekoľko elektrónových transportných reťazcov umožňuje získať fotolýzou vody molekulárny kyslík, energiu vo forme ATP a redukciu energie vo forme NADPH.

Posledné dva produkty ľahkej fázy sa použije v temnej fáze fotosyntézy (alebo Calvin cyklus) asimilovať CO ₂ a sú vyrobené z uhľohydrátov (cukrov).

Fotosystémy I a II

Tieto transportné reťazce sa nazývajú fotosystémy (I a II) a ich komponenty sa nachádzajú v chloroplastoch. Každý z nich používa rôzne pigmenty a absorbuje svetlo rôznych vlnových dĺžok.

Centrálnym prvkom celého konglomerátu je však stredisko na zhromažďovanie svetla tvorené dvoma typmi chlorofylu (a a b), rôznymi karotenoidmi a proteínom 26 kDa.

Zachytené fotóny sa potom prenesú do reakčných centier, v ktorých už prebiehajú uvedené reakcie.

Molekulárny vodík

Ďalším spôsobom, že živé organizmy používali fotolýza vody zahŕňa tvorbu molekulárneho vodíka (H ₂ ). Aj keď živé bytosti môžu produkovať molekulárny vodík iným spôsobom (napríklad pôsobením bakteriálneho enzýmu formatohydrogenolyázy), výroba z vody je jednou z najúspornejších a najúčinnejších.

Je to proces, ktorý sa javí ako ďalší krok po hydrolýze vody alebo nezávisle od nej. V takom prípade sú organizmy schopné uskutočňovať svetelné reakcie schopné urobiť niečo navyše.

Použitie H ⁺ (protóny) a e- (elektróny), odvodený z fotolýzou vody k vytvoreniu H ₂ má len boli hlásené siníc a zelených rias. V nepriamej forme, výroba H ₂ , je v nadväznosti na fotolýzy vody a vytváranie sacharidov.

Vykonáva sa oboma typmi organizmov. Iná cesta, priama fotolýza, je ešte zaujímavejšia a uskutočňuje sa iba pomocou mikro rias. To zahŕňa nasmerovanie elektrónov odvodených od svetelného rozdelenia vody Fotosystémy II priamo s enzýmom, ktorý vytvára H ₂ (hydrogenase).

Tento enzým je však veľmi citlivé na prítomnosť O ₂ . Biologická výroba molekulárneho vodíka fotolýzou vody je oblasťou aktívneho výskumu. Jeho cieľom je poskytnúť lacné a čisté alternatívy výroby energie.

Nebiologická fotolýza

Degradácia ozónu ultrafialovým svetlom

Jednou z najviac študovaných nebiologických a spontánnych fotolýz je degradácia ozónu ultrafialovým (UV) svetlom. Ozón, azotrop kyslíka, sa skladá z troch atómov prvku.

Ozón je prítomný v rôznych oblastiach atmosféry, ale hromadí sa v jednej, ktorú nazývame ozonosféra. Táto zóna vysokej koncentrácie ozónu chráni všetky formy života pred škodlivými účinkami UV svetla.

Aj keď UV svetlo hrá veľmi dôležitú úlohu pri vytváraní a rozklade ozónu, predstavuje jeden z najznámejších prípadov molekulárneho rozkladu žiarením.

Na jednej strane to naznačuje, že nielen viditeľné svetlo je schopné poskytovať aktívne fotóny na degradáciu. Okrem toho, v spojení s biologickými aktivitami na tvorbu vitálnej molekuly, prispieva k existencii a regulácii kyslíkového cyklu.

Iné procesy

Fotodisociácia je tiež hlavným zdrojom rozkladu molekúl v medzihviezdnom priestore. Iné procesy fotolýzy, ktoré boli tentokrát manipulované ľuďmi, majú priemyselný, základný vedecký a aplikovaný význam.

Rastúcej pozornosti sa venuje fotodegradácii antropogénnych zlúčenín vo vode. Ľudská aktivita určuje, že antibiotiká, lieky, pesticídy a iné zlúčeniny syntetického pôvodu sa mnohokrát ocitnú vo vode.

Jedným zo spôsobov, ako zničiť alebo aspoň znížiť aktivitu týchto zlúčenín, sú reakcie, ktoré zahŕňajú použitie svetelnej energie na prerušenie špecifických väzieb v týchto molekulách.

V biologických vedách je bežné nájsť komplexné fotoreaktívne zlúčeniny. Keď sú niektoré bunky prítomné v bunkách alebo tkanivách, sú vystavené nejakému typu svetelného žiarenia, aby sa rozložili.

To vytvára vzhľad inej zlúčeniny, ktorej monitorovanie alebo detekcia umožňuje odpovedať na množstvo základných otázok.

V iných prípadoch štúdia zlúčenín odvodených od fotodisociačnej reakcie spojenej s detekčným systémom umožňuje uskutočňovať globálne štúdie zloženia komplexných vzoriek.

Referencie

1. Brodbelt, JS (2014) Fotodisociačná hmotnostná spektrometria: Nové nástroje na charakterizáciu biologických molekúl. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Zlepšenie fotosyntézy v rastlinách: reakcie svetla. Essays in Biochemistry, 13: 85-94.
3. Oey, M., Sawyer,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Výzvy a príležitosti na výrobu vodíka z mikro rias. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) Fotoaktivovateľný nanopatternizovaný substrát na analýzu kolektívnej migrácie buniek s presne vyladenými bunkovými extracelulárnymi maticovými interakciami. PLoS ONE, 9: e91875.
5. Yan, S., Song, W. (2014) Foto-transformácia farmaceuticky aktívnych zlúčenín vo vodnom prostredí: prehľad. Enviromentálna veda. Procesy a dopady, 16: 697-720.