KAS YRA FOTOLIZĖ? - BIOLOGIJA - 2025

Fotolizę yra cheminis procesas, dėl kurio šviesos (spindulinės energijos) absorbcija leidžia molekulės į mažesnius komponentus suskirstymas. T. y., Šviesa suteikia energijos, reikalingos molekulei suskaidyti į jos sudedamąsias dalis. Tai taip pat žinoma fotodekompozicijos ar fotodisociacijos pavadinimais.

Pavyzdžiui, vandens fotolizė yra būtina sudėtingoms gyvybės formoms egzistuoti planetoje. Tai atlieka augalai, naudojantys saulės spindulius. Suskaidžius vandens molekules (H ₂ O), gaunamas molekulinis deguonis (O ₂ ): vandenilis naudojamas redukuojamosios galios kaupimui.

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

Įsisavinus fotoną, gali nutikti du dalykai. Viename iš jų molekulė sugeria energiją, susijaudina ir paskui atsipalaiduoja. Kita vertus, ta energija leidžia nutraukti cheminį ryšį. Tai yra fotolizė.

Šį procesą galima susieti su kitų jungčių formavimu. Skirtumas tarp sugerties, kuri sukuria, pasikeičia į tą, kuri nėra vadinama kvantine išeiga.

Jis būdingas kiekvienam fotonui, nes jis priklauso nuo išmetamo energijos šaltinio. Kvantinis išeiga yra apibrėžiamas kaip modifikuotų reagentų molekulių skaičius absorbuotame fotone.

Gyvų daiktų fotolizė

Vandens fotolizė nėra kažkas, kas vyksta savaime. Tai yra, saulės šviesa nesuardo vandenilio jungčių su deguonimi vien todėl. Vandens fotolizė nėra kažkas, kas tiesiog atsitinka, ji atliekama. Gyvieji organizmai, galintys vykdyti fotosintezę, tai daro.

Norėdami atlikti šį procesą, fotosintetiniai organizmai naudojasi vadinamosiomis šviesos sintezės šviesos reakcijomis. Ir tam tikslui jie akivaizdžiai naudoja biologines molekules, iš kurių svarbiausias yra chlorofilas P680.

Vykstant vadinamajai kalno reakcijai, kelios elektronų pernešimo grandinės leidžia molekuliniam deguoniui, energijai ATP pavidalu, o redukuojamąją galią NADPH pavidalu gauti iš vandens fotolizės.

Paskutiniai du šios lengvosios fazės produktai bus naudojami tamsiojoje fotosintezės (arba Kalvino ciklo) fazėje, kad būtų galima pasisavinti CO ₂ ir gaminti angliavandenius (cukrų).

I ir II fotosistemos

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

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

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

Molekulinis vandenilis

Kitas būdas, kuriuo gyvi daiktai panaudojo vandens fotolizę, apima molekulinio vandenilio (H ₂ ) susidarymą . Nors gyvos būtybės molekulinį vandenilį gali gaminti kitais būdais (pavyzdžiui, veikdamos bakterinį fermentą formatohidrogenolizę), gamyba iš vandens yra viena ekonomiškiausių ir efektyviausių.

Tai procesas, kuris pasirodo kaip papildomas žingsnis po vandens hidrolizės arba nepriklausomai nuo jo. Šiuo atveju organizmai, galintys įvykdyti šviesos reakcijas, yra pajėgūs padaryti ką nors papildomo.

Apie H ⁺ (protonų) ir e- (elektronų), gautų iš vandens fotolizės, naudojimą H ₂ susidarymui buvo pranešta tik melsvabakterėse ir žaliuosiuose dumbliuose. Netiesioginės forma, iš H gamybos ₂ yra po to, kai vandens fotolizė ir angliavandenių kartos.

Jį vykdo abiejų tipų organizmai. Kitas būdas, tiesioginė fotolizė, yra dar įdomesnis ir atliekamas tik mikrodumblių. Tai reiškia, kad yra elektronų, gautų iš šviesos suskirstymą PHOTOSYSTEM II vandens tiesiai į fermento, kuris gamina H nukreipimą ₂ (hydrogenase).

Tačiau šis fermentas yra labai jautrus O ₂ buvimui . Biologinis molekulinio vandenilio gaminimas atliekant vandens fotolizę yra aktyvių tyrimų sritis. Ja siekiama pasiūlyti pigių ir švarių energijos gamybos būdų.

Nebiologinė fotolizė

Ozono skaidymas ultravioletinėje šviesoje

Viena iš labiausiai tirtų nebiologinių ir savaiminių fotolizių yra ozono skaidymas ultravioletinėje (UV) šviesoje. Ozoną, azotropą deguonį, sudaro trys elemento atomai.

Ozono yra įvairiose atmosferos vietose, tačiau jis kaupiasi tokiame, kurį mes vadiname ozonosfera. Ši didelės ozono koncentracijos zona apsaugo visas gyvybės formas nuo žalingo UV šviesos poveikio.

Nors UV šviesa vaidina labai svarbų vaidmenį tiek kuriant, tiek irant ozoną, ji yra vienas iš emblemingiausių atvejų, kai molekulinis skilimas vyksta spinduliavimo energija.

Viena vertus, tai rodo, kad ne tik matoma šviesa gali pateikti aktyvius fotonus skilimui. Be to, kartu su biologine gyvybinės molekulės generavimo veikla, ji prisideda prie deguonies ciklo egzistavimo ir reguliavimo.

Kiti procesai

Fotodisociacija taip pat yra pagrindinis molekulių suskaidymo tarpžvaigždinėje erdvėje šaltinis. Kiti fotolizės procesai, šiuo metu manipuliuojami žmonėmis, turi pramoninę, pagrindinę mokslinę ir taikomąją reikšmę.

Vis didesnis dėmesys skiriamas antropogeninių junginių skaidymui vandenyje. Žmogaus veikla lemia, kad daugeliu atvejų vandenyje patenka antibiotikai, narkotikai, pesticidai ir kiti sintetinės kilmės junginiai.

Vienas iš būdų sunaikinti ar bent sumažinti šių junginių aktyvumą yra reakcijos, kurių metu naudojama šviesos energija, norint nutraukti specifinius ryšius tose molekulėse.

Biologijos moksluose labai įprasta rasti kompleksinius fotoreaktyvius junginius. Patekę į ląsteles ar audinius, kai kurie iš jų yra tam tikros rūšies šviesos spinduliuote, kad juos suskaidytų.

Tai sukuria kitą junginį, kurio stebėjimas ar aptikimas leidžia atsakyti į daugybę pagrindinių klausimų.

Kitais atvejais junginių, gautų iš fotodisociacijos reakcijos, sujungtos su aptikimo sistema, tyrimas leidžia atlikti sudėtingų mėginių pasaulinius kompozicinius tyrimus.

Nuorodos

1. Brodbelt, JS (2014) Fotodisociacijos masių spektrometrija: naujos biologinių molekulių apibūdinimo priemonės. Cheminės visuomenės apžvalgos, 43: 2757-2783.
2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Fotosintezės stiprinimas augaluose: šviesos reakcijos. Esė biochemijoje, 13: 85–94.
3. Oey, M., Sawyer,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Vandenilio gamybos iš mikrodumblių iššūkiai ir galimybės. Augalų biotechnologijų žurnalas, 14: 1487–1499.
4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) Fotoaktyvinamas nanopatvirtintas substratas kolektyvinių ląstelių migracijos analizei tiksliai suderintomis ląstelių ir tarpląstelinių matricų ligandų sąveikomis. PLOS ONE, 9: e91875.
5. Yan, S., Song, W. (2014) Farmaciškai aktyvių junginių foto-transformacija vandeninėje aplinkoje: apžvalga. Aplinkos mokslas. Procesai ir poveikis, 16: 697-720.