ШТА ЈЕ ФОТОЛИЗА? - БИОЛОГИЈА - 2025

Фотолиза је хемијски процес помоћу којег је апсорпција светлости (зрачења) омогућава разградњу молекула на мање компоненте. Односно, светлост обезбеђује енергију потребну за разбијање молекула на његове делове. Позната је и по називима фотодекомпозиције или фотодисоцијације.

На пример, фотолиза воде је неопходна за постојање сложених животних форми на планети. Ово спроводе биљке које користе сунчеву светлост. Распад молекула воде (Х ₂ О) резултира молекуларног кисеоника (О ₂ ): водоника се користи за складиштење смањење снаге.

Опћенито говорећи, можемо рећи да фотолитичке реакције укључују апсорпцију фотона. Ово долази од зрачења енергије различитих таласних дужина, а самим тим и са различитим количинама енергије.

Једном када се фотон апсорбује, могу се догодити две ствари. У једном од њих, молекул апсорбује енергију, узбуђује се, а затим се опушта. У другом, та енергија омогућава прекид хемијске везе. Ово је фотолиза.

Овај процес се може повезати са формирањем других веза. Разлика између апсорпције која ствара промене до оне која се не назива квантним приносом.

Посебан је за сваки фотон јер зависи од извора емисије енергије. Квантни принос је дефинисан као број модификованих молекула реактанта по апсорбираном фотону.

Фотолиза живих бића

Фотолиза воде није нешто што се догађа спонтано. Односно, сунчева светлост не прекида водоничне везе са кисеоником само зато. Фотолиза воде није нешто што се тек дешава, већ се обавља. И живи организми који су способни да врше фотосинтезу.

Да би спровели тај процес, фотосинтетски организми прибегавају такозваним светлосним реакцијама фотосинтезе. А да би то постигли, очигледно користе биолошке молекуле, од којих је најважнији хлорофил П680.

У такозваној Хилл реакцији, неколико транспортних ланаца електрона омогућава молекуларни кисеоник, енергију у облику АТП-а и смањујући снагу у облику НАДПХ да се добије фотолизом воде.

Последња два производа ове светлосне фазе користиће се у тамној фази фотосинтезе (или Цалвин циклусу) за асимилацију ЦО ₂ и производњу угљених хидрата (шећера).

Фотосистеми И и ИИ

Ови транспортни ланци се називају фотосистеми (И и ИИ) и њихове компоненте су смештене у хлоропластима. Сваки од њих користи различите пигменте и апсорбују светлост различитих таласних дужина.

Централни елемент целог конгломерата је, међутим, центар за прикупљање светлости који се састоји од две врсте хлорофила (а и б), различитих каротеноида и протеина од 26 кДа.

Ухваћени фотони се затим пребацују у реакционе центре у којима се одвијају већ наведене реакције.

Молекуларни водоник

Још један начин да су жива бића користили Фотолиза воде подразумева стварање молекуларног водоника (Х ₂ ). Иако жива бића могу да производе молекуларни водоник на друге начине (на пример, дејством бактеријског ензима форматохидрогенолиазе), производња из воде је један од најекономичнијих и најефикаснијих.

Ово је процес који се појављује као додатни корак после хидролизе воде или је независно од ње. У овом случају организми који су способни да спроведу светлосне реакције способни су да ураде нешто додатно.

Употреба Х ⁺ (протона) и Е- (електрона) изведен из пхотолисис воде за стварање Х ₂ само је пријављено у цијанобактерије и зелене алге. У индиректном облику, производња Х ₂ је након признатог пхотолисис воде и стварања угљених хидрата.

Изводе га обе врсте организама. Други начин, директна фотолиза, је још занимљивији и изводи га само алга. Ово подразумева каналисање електрона изведених из лаког распадом ФОТОСИСТЕМ ИИ воде директно ензим који производи Х ₂ (хидрогенасе).

Овај ензим је, међутим, веома осетљива на присуство О ₂ . Биолошка производња молекуларног водоника фотолизом воде је подручје активног истраживања. Циљ му је пружити јефтине и чисте алтернативе за производњу енергије.

Небиолошка фотолиза

Деградација озона ултраљубичастом светлошћу

Једна од најгледанијих небиолошких и спонтаних фотолиза је деградација озона ултраљубичастом (УВ) светлошћу. Озон, азотроп кисеоника, састоји се од три атома елемента.

Озон је присутан у разним областима атмосфере, али се акумулира у оном које називамо озоносфера. Ова зона високе концентрације озона штити све облике живота од штетних утицаја УВ светлости.

Иако УВ светлост игра веома важну улогу и у стварању и у разградњи озона, представља један од најважнијих случајева распада молекуларне енергије зрачењем.

С једне стране, то указује да није само видљива светлост способна да обезбеди активне фотоне за деградацију. Даље, заједно са биолошким активностима за стварање виталних молекула доприноси постојању и регулацији циклуса кисеоника.

Остали процеси

Фотодиссоцијација је такође главни извор распада молекула у међузвездном простору. Остали процеси фотолизе, којима су овај пут манипулисали људи, имају индустријску, основну научну и примењену важност.

Све већа пажња посвећује се фотодеградацији антропогених једињења у води. Људска активност одређује да у води више пута антибиотици, лекови, пестициди и друга једињења синтетичког порекла заврше у води.

Један од начина да се уништи или бар смањи активност ових једињења је путем реакција које укључују употребу светлосне енергије за разбијање специфичних веза у тим молекулима.

У биолошким наукама је врло често наћи сложена фотореактивна једињења. Једном када су присутни у ћелијама или ткивима, неки од њих се подвргавају неком зрачењу светлости како би се разградили.

Ово генерише појаву другог једињења чије праћење или откривање омогућава одговор на мноштво основних питања.

У другим случајевима, испитивање једињења изведених из реакције фотодисоцијације спојених са системом детекције омогућава спровођење глобалних студија састава сложених узорака.

Референце

1. Бродбелт, ЈС (2014) Фотодиссоцијациона масна спектрометрија: Нови алати за карактеризацију биолошких молекула. Рецензије хемијског друштва, 43: 2757-2783.
2. Цардона, Т., Схао, С., Никон, ПЈ (2018) Појачавање фотосинтезе у биљкама: светлосне реакције. Есеји из биохемије, 13: 85-94.
3. Оеи, М., Савиер,. АЛ, Росс, ИЛ, Ханкамер, Б. (2016) Изазови и могућности за производњу водоника из микроалги. Плант Биотецхнологи Јоурнал, 14: 1487-1499.
4. Схимизу, И., Боехм, Х., Иамагуцхи, К., Спатз, ЈП, Наканисхи, Ј. (2014) Фотоактивабилни наночепљени супстрат за анализу колективне ћелије у миграцији са прецизно подешеним интеракцијама ћелија-ванћелијских матрикса. ПЛОШЕ ЈЕДАН, 9: е91875.
5. Иан, С., Сонг, В. (2014) Фото-трансформација фармацеутски активних једињења у воденом окружењу: преглед. Наука о животној средини. Процеси и утицаји, 16: 697-720.