מהי פוטוליזה?



ה פוטוליזה זהו תהליך כימי שבאמצעותו ספיגת האור (אנרגיה קורנת) מאפשרת שבירת מולקולה לתוך רכיבים קטנים יותר. כלומר, האור מספק את האנרגיה הדרושה לשבור מולקולה בחלקים המרכיבים שלה. זה ידוע גם על ידי שמות photodecomposition או photodissociation.

פוטוליזה של מים, למשל, היא היסוד לקיומם של צורות חיים מורכבות על פני כדור הארץ. זה נעשה על ידי צמחים באמצעות אור השמש. פילוח של מולקולות מים (H2O) תוצאות חמצן מולקולרי (O2): מימן משמש לאחסון של צמצום כוח.

באופן כללי, אנו יכולים לומר כי תגובות photolytic כרוך קליטה של ​​פוטון. זה בא מאנרגיה קורנת של אורכי גל שונים, ולכן, עם כמויות שונות של אנרגיה.

לאחר הפוטון נספג, שני דברים יכולים לקרות. באחד מהם, המולקולה קולטת אנרגיה, מתלהבת ואז נרגעת. באחרת, אנרגיה זו מאפשרת שבירת קשר כימי. זוהי פוטוליזה.

תהליך זה עשוי להיות יחד עם היווצרות של קישורים אחרים. ההבדל בין קליטה שמייצרת שינויים אחד שאינו נקרא תשואה קוונטית.

זה בפרט כל פוטון כי זה תלוי במקור של פליטת אנרגיה. תשואה קוונטית מוגדר כמספר מולקולות מגיבים שונה לכל פוטון נספג.

אינדקס

  • 1 פוטוליזה ביצורים חיים
    • 1.1 מערכות תמונות I ו- II
    • 1.2 מימן מולקולרי
  • 2 פוטוליזה לא ביולוגית
  • 3 הפניות

פוטוליזה ביצורים חיים

פוטוליזה של מים זה לא משהו שקורה באופן ספונטני. כלומר, אור השמש לא לשבור את הקשרים מימן עם חמצן רק בגלל. פוטוליזה של מים זה לא משהו פשוט קורה, זה נעשה. וכך גם אורגניזמים חיים שמסוגלים לבצע פוטוסינתזה.

כדי לבצע תהליך זה, האורגניזמים הפוטוסינתטיים לנקוט את מה שנקרא התגובות של האור של פוטוסינתזה. וכדי להשיג זאת הם משתמשים, כמובן, מולקולות ביולוגיות, החשוב שבהם הוא כלורופיל P680.

בשנת התגובה היל שנקראה, רשתות מסוע שונות מאפשרות אלקטרונים מן החמצן מולקולרי photolysis מים, אנרגיה בצורת ATP וכוח הצמצום מתקבלים בצורה של NADPH.

שני המוצרים האחרונים של שלב זוהר זה ישמשו בשלב האפל של הפוטוסינתזה (או קלווין מחזור) להטמיע CO2 לייצר פחמימות (סוכרים).

מערכות תמונה I ו- II

שרשראות מסוע אלה נקראות photosystems (I ו- II) ואת המרכיבים שלהם נמצאים chloroplasts. כל אחד מהם משתמש בפיגמנטים שונים, ולספוג אור של אורכי גל שונים.

האלמנט המרכזי של הצביר כולו, לעומת זאת, אספן אורירית ידי שני סוגים של כלורופיל (A ו- B), קרוטנואידים שונים במרכז 26 kDa חלבון.

הפוטונים שנתפסו מועברים אז למרכזי התגובה שבהם התגובות שכבר הוזכרו מתרחשות.

מימן מולקולרי

דרך אחרת שבה יצורים חיים השתמשו בפוטוליזה של מים כרוכה בדור של מימן מולקולרי (H2). למרות אורגניזמים חיים יכולים לייצר מימן מולקולרי בדרכים אחרות (למשל על ידי פעולה של formiatohidrogenoliasa אנזים החיידקים) ייצור ממים הוא אחד החסכוני ביותר ויעיל.

זהו תהליך שנראה צעד נוסף מאוחר יותר או עצמאית של הידרוליזה של מים. במקרה זה, אורגניזמים המסוגלים לבצע את תגובות האור מסוגלים לעשות משהו נוסף.

השימוש של H+ (פרוטונים) ו- e (אלקטרונים) הנגזרים פוטוליזה של מים כדי ליצור H2 זה דווח רק ב cyanobacteria ו אצות ירוקות. בצורה עקיפה, הייצור של H2 הוא לאחר פוטוליזה של מים ואת הדור של פחמימות.

זה נעשה על ידי שני סוגים של אורגניזמים. הצורה האחרת, פוטוליזה ישירה, מעניינת עוד יותר והיא מבוצעת רק על ידי מיקרואלגא. זה כרוך תקשור של האלקטרונים הנגזרים קרע אור של מים מן המערכת השנייה ישירות האנזים H לייצר.2 (מימן).

אנזים זה, עם זאת, הוא רגיש מאוד נוכחות של O2. הייצור הביולוגי של מימן מולקולרי על ידי פוטוליזה של מים הוא שטח של חקירה פעילה. מטרתו לספק חלופות דור אנרגיה זולות ונקיות.

פוטוליזה לא ביולוגית

השפלה של האוזון על ידי אור אולטרה סגול

אחד הפוטוליזה הלא-ביולוגית והספונטנית הנחקרת ביותר הוא השפלת האוזון על ידי אור אולטרה-סגול (UV). אוזון, חמצן אזוטרופי, מורכב משלושה אטומים של האלמנט.

אוזון קיים באזורים שונים של האטמוספירה, אבל הוא מצטבר באחד בשם ozonosphere. אזור זה של ריכוז גבוה של האוזון מגן על כל צורות החיים מן ההשפעות המזיקות של אור UV.

למרות אור UV ממלא תפקיד חשוב שפלת דור אוזון, שמייצג את אחד מקרי הנציג ביותר של אנרגיה מולקולרית הפסקה קורנת.

מצד אחד, הוא מציין כי לא רק אור גלוי מסוגל לספק פוטונים פעילים השפלה. בנוסף, בשילוב עם הפעילות הביולוגית של הדור של מולקולה חיונית, תורמת לקיומה של הרגולציה של מחזור החמצן.

תהליכים אחרים

Photodissociation הוא גם המקור העיקרי של קרע של מולקולות בחלל הבין כוכבי. תהליכים אחרים של פוטוליזה, הפעם מניפולציה על ידי האדם, יש תעשייתי, מדעי בסיסי ויישומי חשיבות.

פוטודגרדציה של תרכובות אנתרופוגניות במים מקבלת תשומת לב הולכת וגוברת. הפעילות האנושית קובעת כי במקרים רבים אנטיביוטיקה, סמים, חומרי הדברה ותרכובות אחרות של מקור סינתטי, בסופו של דבר במים.

אחת הדרכים להשמיד או לפחות לצמצם את הפעילות של תרכובות אלה היא דרך התגובות בתחום השימוש באנרגיית אור כדי לשבור קישורים ספציפיים של מולקולות אלה.

במדעי הביולוגיה זה נפוץ מאוד למצוא תרכובות photoreactive מורכבים. לאחר נוכחותם בתאים או ברקמות, חלק מהם נתונים לסוג כלשהו של קרינה אור כדי לשבור אותם.

זה יוצר את המראה של תרכובת אחרת אשר מעקב או גילוי מאפשרים לנו לענות על שפע של שאלות בסיסיות.

במקרים אחרים, המחקר של תרכובות הנגזרות מתגובה photodissociation בשילוב עם מערכת איתור מאפשרת לבצע מחקרים גלובליים על הרכב דוגמאות מורכבות.

הפניות

  1. Brodbelt, J. S. (2014) ספקטרומטריית מסה Photodissociation: כלים חדשים לאפיון של מולקולות ביולוגיות. כימיקלים האגודה, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, P. J. (2018) שיפור הפוטוסינתזה בצמחים: תגובות האור. מאמרים בביוכימיה, 13: 85-94.
  3. אוי, מ, סוייר,. א ל, רוס, I. L., Hankamer, B. (2016) אתגרים והזדמנויות לייצור מימן מן microalgae. ביוטכנולוגיה ביוטכנולוגיה יומן, 14: 1487-1499.
  4. שימיזו, י ', בוהם, H., ימגוצ'י, K., שפאץ, פ י, נקאנישי, J. (2014) מצע nanopatterned photoactivatable לניתוח תא נדידת תאים קיבוצי עם אינטראקציות ליגנד-מטריקס בדיוק מכוון. אחד PLoS, 9: e91875.
  5. יאן, ס, שיר, W. (2014) צילום טרנספורמציה של תרכובות פעיל pharmaceutically בסביבה מימית: סקירה. מדעי הסביבה. תהליכים & ES, 16: 697-720.