HVA ER FOTOLYSE? - BIOLOGI - 2026

Den fotolyse er en kjemisk prosess ved hjelp av hvilken absorpsjon av lys (strålingsenergi) kan nedbrytingen av et molekyl i mindre komponenter. Det vil si at lys gir energien som kreves for å bryte et molekyl i komponentdelene. Det er også kjent med navnene på fotodekomposisjon eller fotodissosiasjon.

Fotolysen av vann, for eksempel, er essensiell for at det eksisterer komplekse livsformer på planeten. Dette utføres av planter som bruker sollys. Fordelingen av vannmolekyler (H ₂ O) resulterer i molekylært oksygen (O ₂ ): hydrogen anvendes for lagringen av reduserende kraft.

Generelt sett kan vi si at fotolytiske reaksjoner innebærer absorpsjon av et foton. Dette kommer fra en strålende energi med forskjellige bølgelengder, og derfor med forskjellige mengder energi.

Når fotonet er absorbert, kan to ting skje. I en av dem absorberer molekylet energi, blir spent og ender med å slappe av. I den andre tillater den energien brudd på en kjemisk binding. Dette er fotolyse.

Denne prosessen kan kobles til dannelse av andre bindinger. Forskjellen mellom en absorpsjon som genererer endringer i en som ikke kalles kvanteutbytte.

Det er spesielt for hvert foton fordi det avhenger av energikilden. Kvanteutbyttet er definert som antall modifiserte reaktantmolekyler per absorbert foton.

Fotolyse i levende ting

Fotolyse av vann er ikke noe som skjer spontant. Det vil si at sollys ikke bryter hydrogenbindinger med oksygen bare fordi. Fotolyse av vann er ikke noe som bare skjer, det gjøres. Og levende organismer som er i stand til å utføre fotosyntese, gjør det.

For å utføre denne prosessen tyr fotosyntetiske organismer til de såkalte lysreaksjonene fra fotosyntesen. Og for å oppnå dette bruker de tydeligvis biologiske molekyler, hvorav den viktigste er klorofyll P680.

I den såkalte Hill Reaction tillater flere elektrontransportkjeder molekylært oksygen, energi i form av ATP, og reduserende kraft i form av NADPH å oppnås fra fotolyse av vann.

De to siste produktene fra denne lette fasen vil bli brukt i den mørke fasen av fotosyntesen (eller Calvin Cycle) for å assimilere CO ₂ og produsere karbohydrater (sukker).

Fotosystemer I og II

Disse transportkjedene kalles fotosystemer (I og II), og komponentene deres er plassert i kloroplastene. Hver av dem bruker forskjellige pigmenter, og de tar opp lys med forskjellige bølgelengder.

Det sentrale elementet i hele konglomeratet er imidlertid lysoppsamlingssenteret som består av to typer klorofyll (a og b), forskjellige karotenoider og et 26 kDa protein.

De fangede fotonene blir deretter overført til reaksjonssentrene der allerede nevnte reaksjoner finner sted.

Molekylært hydrogen

En annen måte at levende ting har brukt fotolyse av vann involverer generering av molekylært hydrogen (H ₂ ). Selv om levende ting kan produsere molekylært hydrogen på andre måter (for eksempel ved virkning av bakterienzymet formatohydrogenolyase), er produksjon fra vann en av de mest økonomiske og effektive.

Dette er en prosess som fremstår som et ekstra trinn etter eller uavhengig av hydrolyse av vann. I dette tilfellet er organismer som er i stand til å utføre lysreaksjonene, i stand til å gjøre noe ekstra.

Bruken av H ⁺ (protoner) og e- (elektroner) avledet fra fotolysen av vann for å skape H ₂ er bare rapportert i cyanobakterier og grønne alger. I den indirekte form, er produksjonen av H- ₂ er etterfølgende til den fotolyse av vann og generering av karbohydrater.

Det utføres av begge typer organismer. Den andre måten, direkte fotolyse, er enda mer interessant og utføres bare av mikroalger. Dette medfører kanalisering av elektroner som stammer fra lys pause vann photosystem II direkte til det enzym som gir H ₂ (hydrogenase).

Dette enzymet er imidlertid sterkt utsatt for tilstedeværelsen av O ₂ . Den biologiske produksjonen av molekylært hydrogen ved fotolyse av vann er et område med aktiv forskning. Den har som mål å tilby alternativer for billig og ren energiproduksjon.

Ikke-biologisk fotolyse

Nedbryting av ozon med ultrafiolett lys

En av de mest studerte ikke-biologiske og spontane fotolysene er ozonforringelse med ultrafiolett (UV) lys. Ozon, en azotrop av oksygen, består av tre atomer av elementet.

Ozon er til stede i forskjellige områder av atmosfæren, men det akkumuleres i et som vi kaller ozonosfæren. Denne sonen med høy ozonkonsentrasjon beskytter alle livsformer mot de skadelige effektene av UV-lys.

Selv om UV-lys spiller en veldig viktig rolle i både generering og nedbrytning av ozon, representerer det et av de mest emblematiske tilfellene av molekylær nedbrytning med strålende energi.

På den ene siden indikerer det at ikke bare synlig lys er i stand til å gi aktive fotoner for nedbrytning. I forbindelse med biologiske aktiviteter for generering av det viktige molekylet, bidrar det dessuten til eksistensen og reguleringen av oksygensyklusen.

Andre prosesser

Fotodissosiasjon er også hovedkilden til nedbrytning av molekyler i det interstellare rom. Andre fotolyseprosesser, denne gang manipulert av mennesker, har industriell, grunnleggende vitenskapelig og anvendt betydning.

Fotodegradering av antropogene forbindelser i vann får økende oppmerksomhet. Menneskelig aktivitet bestemmer at antibiotika, medikamenter, plantevernmidler og andre forbindelser av syntetisk opprinnelse ved mange anledninger havner i vannet.

En måte å ødelegge eller i det minste redusere aktiviteten til disse forbindelsene er gjennom reaksjoner som involverer bruk av lysenergi for å bryte spesifikke bindinger i disse molekylene.

I biologiske vitenskaper er det veldig vanlig å finne komplekse fotoreaktive forbindelser. Når de er til stede i celler eller vev, blir noen av dem utsatt for en slags lysstråling for å bryte dem ned.

Dette genererer utseendet til en annen forbindelse hvis overvåking eller deteksjon gjør det mulig å svare på en rekke grunnleggende spørsmål.

I andre tilfeller gjør undersøkelsen av forbindelser avledet fra en fotodissosieringsreaksjon koblet til et deteksjonssystem det mulig å utføre globale komposisjonsstudier av komplekse prøver.

referanser

1. Brodbelt, JS (2014) Photodissociation mass spectrometry: Nye verktøy for karakterisering av biologiske molekyler. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Forbedre fotosyntesen i planter: lysreaksjonene. Essays in Biochemistry, 13: 85-94.
3. Oey, M., Sawyer ,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Utfordringer og muligheter for hydrogenproduksjon fra mikroalger. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) Et fotoaktiverbart nanopatternt underlag for å analysere kollektiv celleflytting med nøyaktig avstemte celle-ekstracellulære matrix-ligandinteraksjoner. PLoS ONE, 9: e91875.
5. Yan, S., Song, W. (2014) Fototransformasjon av farmasøytisk aktive forbindelser i det vandige miljøet: en gjennomgang. Miljøvitenskap. Prosesser og påvirkninger, 16: 697-720.