Wat is fotolyse?



de fotolyse Het is een chemisch proces waardoor de absorptie van licht (stralingsenergie) het breken van een molecuul in kleinere componenten mogelijk maakt. Dat wil zeggen, licht levert de energie die nodig is om een ​​molecuul in zijn samenstellende delen te breken. Het is ook bekend onder de namen van fotodecompositie of fotodissociatie.

De fotolyse van water is bijvoorbeeld van fundamenteel belang voor het bestaan ​​van complexe levensvormen op de planeet. Dit wordt uitgevoerd door planten met zonlicht. De afbraak van watermoleculen (H2O) resulteert in moleculaire zuurstof (O2): waterstof wordt gebruikt voor de opslag van reducerend vermogen.

In het algemeen kunnen we stellen dat fotolytische reacties de absorptie van een foton inhouden. Dit komt van een stralingsenergie van verschillende golflengten en dus van verschillende hoeveelheden energie.

Zodra het foton is geabsorbeerd, kunnen er twee dingen gebeuren. In een daarvan absorbeert het molecuul energie, raakt opgewonden en ontspant vervolgens. In de andere staat die energie het breken van een chemische binding toe. Dit is fotolyse.

Dit proces kan worden gekoppeld aan de vorming van andere koppelingen. Het verschil tussen een absorptie die wijzigingen in een genereert die geen kwantumopbrengst wordt genoemd.

Het is met name voor elk foton omdat het afhankelijk is van de bron van energie-emissie. Quantumopbrengst wordt gedefinieerd als het aantal reactantmoleculen dat is gemodificeerd per geabsorbeerd foton.

index

  • 1 Fotolyse in levende wezens
    • 1.1 Fotosystemen I en II
    • 1.2 Moleculair waterstof
  • 2 Niet-biologische fotolyse
  • 3 referenties

Fotolyse in levende wezens

De fotolyse van water is niet iets dat spontaan gebeurt. Dat wil zeggen, zonlicht verbreekt de waterstofbruggen met zuurstof niet alleen omdat. De fotolyse van water is niet iets dat gewoon gebeurt, het is klaar. En ook levende organismen die in staat zijn om fotosynthese uit te voeren.

Om dit proces uit te voeren, nemen de fotosynthetische organismen hun toevlucht tot de zogenaamde reacties van het licht van fotosynthese. En om dit te bereiken gebruiken ze natuurlijk biologische moleculen, waarvan chlorofyl P680 de belangrijkste is.

In de zogenaamde Hill reactie verschillende transportkettingen laat elektronen uit water fotolyse moleculaire zuurstof, wordt energie in de vorm van ATP en reducerend vermogen in de vorm van NADPH.

De laatste twee producten van deze lichtfase zullen worden gebruikt in de donkere fase van fotosynthese (of Calvin Cycle) om CO te assimileren2 en produceer koolhydraten (suikers).

Fotosystemen I en II

Deze transportketens worden fotosystemen (I en II) genoemd en hun componenten bevinden zich in de chloroplasten. Elk van hen gebruikt verschillende pigmenten en absorbeert licht met verschillende golflengten.

Het centrale element van het hele conglomeraat is echter het verzamelcentrum voor licht, gevormd door twee soorten chlorofyl (a en b), verschillende carotenoïden en een eiwit van 26 kDa.

De gevangen fotonen worden vervolgens overgebracht naar de reactiecentra waarin de reeds genoemde reacties optreden.

Moleculaire waterstof

Een andere manier waarop levende wezens waterfotolyse hebben gebruikt, is het genereren van moleculaire waterstof (H.2). Hoewel levende organismen moleculaire waterstof op andere manieren kan produceren (bijvoorbeeld door werking van het bacteriële enzym formiatohidrogenoliasa) productie van water is een van de meest economische en efficiënte.

Dit is een proces dat later als een extra stap verschijnt of onafhankelijk is van de hydrolyse van water. In dit geval kunnen organismen die in staat zijn om de lichtreacties uit te voeren, iets extra's doen.

Het gebruik van H+ (protonen) en e- (elektronen) afgeleid van de fotolyse van water om H te creëren2 het is alleen gemeld bij cyanobacteriën en groene algen. In de indirecte vorm is de productie van H2 is na de fotolyse van water en het genereren van koolhydraten.

Het wordt uitgevoerd door beide soorten organismen. De andere vorm, directe fotolyse, is nog interessanter en wordt alleen uitgevoerd door microalgen. Dit omvat het kanaliseren van de elektronen die zijn afgeleid van de lichtbreuk van water uit fotosysteem II direct naar het H-producerende enzym.2 (Hydrogenase).

Dit enzym is echter zeer gevoelig voor de aanwezigheid van O2. De biologische productie van moleculaire waterstof door fotolyse van water is een gebied van actief onderzoek. Het is bedoeld om goedkope en schone alternatieven voor energieopwekking te bieden.

Niet-biologische fotolyse

Degradatie van ozon door ultraviolet licht

Een van de meest bestudeerde niet-biologische en spontane fotolyse is de afbraak van ozon door ultraviolet (UV) licht. Ozon, een azotropische zuurstof, bestaat uit drie atomen van het element.

Ozon is aanwezig in verschillende delen van de atmosfeer, maar het hoopt zich op in een ozonosfeer. Deze zone met een hoge ozonconcentratie beschermt alle vormen van leven tegen de schadelijke effecten van UV-licht.

Hoewel UV-licht een belangrijke rol speelt, zowel bij de productie en afbraak van ozon, is het een van de meest emblematische gevallen van moleculaire afbraak door stralingsenergie..

Aan de ene kant geeft het aan dat niet alleen zichtbaar licht in staat is om actieve fotonen te leveren voor afbraak. Bovendien, in combinatie met biologische activiteiten van het genereren van het vitale molecuul, draagt ​​het bij aan het bestaan ​​en de regulering van de zuurstofcyclus.

Andere processen

Fotodissociatie is ook de belangrijkste bron van breuk van moleculen in de interstellaire ruimte. Andere processen van fotolyse, deze keer gemanipuleerd door de mens, hebben industrieel, fundamenteel wetenschappelijk en toegepast belang.

Fotodegradatie van antropogene verbindingen in de wateren krijgt toenemende aandacht. De menselijke activiteit bepaalt dat antibiotica, medicijnen, pesticiden en andere verbindingen van synthetische oorsprong in veel gevallen in het water terechtkomen.

Eén manier om de activiteit van deze verbindingen te vernietigen of op zijn minst te verminderen, is door middel van reacties waarbij het gebruik van lichtenergie wordt gebruikt om specifieke bindingen van die moleculen te verbreken.

In de biologische wetenschappen is het heel gebruikelijk om complexe fotoreactieve verbindingen te vinden. Eenmaal aanwezig in cellen of weefsels, worden sommige ervan onderworpen aan een soort van lichtstraling om ze te verbreken.

Dit genereert het uiterlijk van een andere samenstelling waarvan het volgen of detecteren ons in staat stelt om een ​​groot aantal basisvragen te beantwoorden.

In andere gevallen maakt de studie van verbindingen die zijn afgeleid van een fotodissociatiereactie gekoppeld aan een detectiesysteem het mogelijk om globale studies uit te voeren naar de samenstelling van complexe monsters.

referenties

  1. Brodbelt, J.S. (2014) Photodissociation massaspectrometrie: Nieuwe tools voor karakterisering van biologische moleculen. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P.J. (2018) Verbetering van fotosynthese in planten: de lichtreacties. Essays in Biochemistry, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Sawyer,. A. L., Ross, I. L., Hankamer, B. (2016) Uitdagingen en kansen voor de productie van waterstof uit microalgen. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi K., Spatz, P.J., Nakanishi, J. (2014) een fotoactiveerbare nanopatterned Substraat voor analyse van collectieve celmigratie cel met gestemde Juist extracellulaire matrix-ligand interacties. PLoS ONE, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Fototransformatie van farmaceutisch actieve verbindingen in de waterige omgeving: een overzicht. Milieuwetenschappen. Processes & ES, 16: 697-720.