КАКВО Е ФОТОЛИЗА? - БИОЛОГИЯ - 2025

В фотолиза е химичен процес, с което абсорбцията на светлината (радиация енергия) позволява разграждането на молекула на по-малки компоненти. Тоест, светлината осигурява енергията, необходима за разграждането на молекула в съставните й части. Известен е и с имената на фотодекомпозицията или фотодисоциацията.

Фотолизата на водата например е от съществено значение за съществуването на сложни форми на живот на планетата. Това се извършва от растения, използващи слънчева светлина. Разграждането на водни молекули (H ₂ O) води до молекулен кислород (O ₂): водородът се използва за съхранение на редуцираща мощност.

Най-общо можем да кажем, че фотолитичните реакции включват абсорбция на фотон. Това идва от сияйна енергия с различна дължина на вълната и следователно с различни количества енергия.

След като фотонът бъде погълнат, могат да се случат две неща. В един от тях молекулата поглъща енергия, вълнува се и след това завършва релаксираща. В другия тази енергия позволява разкъсването на химическа връзка. Това е фотолиза.

Този процес може да бъде съчетан с образуването на други връзки. Разликата между абсорбция, която генерира промени в такава, която не се нарича квантов добив.

Той е специфичен за всеки фотон, тъй като зависи от източника на излъчване на енергия. Квантовият добив се определя като броя на модифицираните реактивни молекули на абсорбиран фотон.

Фотолиза в живи същества

Фотолизата на водата не е нещо, което се случва спонтанно. Тоест слънчевата светлина не разрушава водородните връзки с кислорода, само защото. Фотолизата на водата не е нещо, което просто се случва, а се прави. И живите организми, които са способни да извършват фотосинтеза, правят.

За да осъществят този процес, фотосинтезиращите организми прибягват до така наречените светлинни реакции на фотосинтезата. И за да постигнат това, те очевидно използват биологични молекули, най-важната от които е хлорофил Р680.

В така наречената реакция на Хил, няколко електронни транспортни вериги позволяват получаване на молекулен кислород, енергия под формата на АТФ и редуцираща мощност под формата на NADPH да се получат от фотолизата на водата.

Последните два продукта от тази светлинна фаза ще бъдат използвани в тъмната фаза на фотосинтеза (или цикъл на Калвин) за усвояване на CO ₂ и за получаване на въглехидрати (захари).

Фотосистеми I и II

Тези транспортни вериги се наричат ​​фотосистеми (I и II) и техните компоненти са разположени в хлоропластите. Всеки от тях използва различни пигменти и те поглъщат светлина с различна дължина на вълната.

Централният елемент на целия конгломерат обаче е центърът за събиране на светлина, съставен от два вида хлорофил (a и b), различни каротеноиди и протеин от 26 kDa.

След това улавените фотони се прехвърлят в реакционните центрове, в които протичат вече споменатите реакции.

Молекулен водород

Друг начин, че живи същества са използвали фотолиза на вода включва генерирането на молекулярен водород (Н ₂). Въпреки че живите същества могат да произвеждат молекулен водород по други начини (например чрез действието на бактериалния ензим форматохидрогеноляза), производството от вода е един от най-икономичните и ефективни.

Това е процес, който се явява като допълнителна стъпка след или независимо от хидролизата на водата. В този случай организмите, способни да провеждат светлинните реакции, са способни да направят нещо допълнително.

Използването на Н ⁺ (протони) и електронни (електрони), получен от фотолиза на вода, за да се създаде H ₂ е само се съобщава в цианобактерии и зелени водорасли. В индиректен формата, производството на Н ₂ е последващо на фотолиза на вода и генерирането на въглехидрати.

Извършва се от двата вида организми. Другият начин, директната фотолиза, е още по-интересен и се извършва само от микроводорасли. Това включва насочването на електрони, получени от светлина разграждането на Фотосистема II вода директно към Н _2- ензима производство (hydrogenase).

Този ензим, обаче, е силно чувствителен към присъствието на О ₂. Биологичното производство на молекулен водород чрез фотолиза на вода е област на активно изследване. Той има за цел да осигури евтини и чисти алтернативи за генериране на енергия.

Небиологична фотолиза

Разграждане на озон чрез ултравиолетова светлина

Една от най-изследваните небиологични и спонтанни фотолиза е разграждането на озон чрез ултравиолетова (UV) светлина. Озонът, азотроп на кислорода, се състои от три атома на елемента.

Озонът присъства в различни области на атмосферата, но се натрупва в една, която наричаме озоносфера. Тази зона с висока концентрация на озон защитава всички форми на живот от вредните ефекти на UV светлината.

Въпреки че ултравиолетовата светлина играе много важна роля както за образуването, така и за разграждането на озона, тя представлява един от най-емблематичните случаи на разпадане на молекулата чрез лъчева енергия.

От една страна, това показва, че не само видимата светлина е в състояние да осигури активни фотони за разграждане. Освен това, във връзка с биологичните дейности за генерирането на жизненоважната молекула, тя допринася за съществуването и регулирането на кислородния цикъл.

Други процеси

Фотодисоциацията е и основният източник на разграждане на молекулите в междузвездното пространство. Други процеси на фотолиза, този път манипулирани от хората, имат промишлено, основно научно и приложно значение.

Фотодеградацията на антропогенни съединения във вода получава все по-голямо внимание. Човешката дейност определя, че в много случаи антибиотиците, лекарствата, пестицидите и други съединения от синтетичен произход се оказват във водата.

Един от начините за унищожаване или поне намаляване на активността на тези съединения е чрез реакции, които включват използване на светлинна енергия за разрушаване на специфични връзки в тези молекули.

В биологичните науки много често се срещат сложни фотореактивни съединения. Веднъж присъстващи в клетки или тъкани, някои от тях се подлагат на някакъв вид светлинно излъчване, за да ги разрушат.

Това генерира появата на друго съединение, чието наблюдение или откриване позволява да се отговори на множество основни въпроси.

В други случаи изследването на съединения, получени от реакция на фотодисоциация, свързана със система за откриване, дава възможност за провеждане на глобални композиционни изследвания на сложни проби.

Препратки

1. Brodbelt, JS (2014) Фотодисоциационна масспектрометрия: Нови инструменти за характеризиране на биологични молекули. Ревюта на химическото общество, 43: 2757-2783.
2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Подобряване на фотосинтезата в растенията: светлинните реакции. Есета по биохимия, 13: 85-94.
3. Ой, М., Сойер,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Предизвикателства и възможности за производството на водород от микроводорасли. Journal of Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) Фотоактивиращ се нанопатиран субстрат за анализ на колективна клетъчна миграция с прецизно настроени взаимодействия между клетъчно-извънклетъчния матричен лиганд. МЕРКИ ЕДИН, 9: e91875.
5. Yan, S., Song, W. (2014) Фото-трансформация на фармацевтично активни съединения във водната среда: преглед. Наука за околната среда. Процеси и въздействия, 16: 697-720.