MI A FOTOLÍZIS? - BIOLÓGIA - 2026

A fotolízis egy kémiai folyamat, amelynek eredményeként a fény (sugárzási energia) abszorpciója lehetővé teszi egy molekula kisebb összetevőkre bontását. Vagyis a fény biztosítja az energiát, amely ahhoz szükséges, hogy egy molekulát alkotóelemeire bonthassunk. A fotodekompozíció vagy a fotodiszociáció neve is ismert.

Például a víz fotolízise elengedhetetlen a bonyolult életformák létezéséhez a bolygón. Ezt a növényeket napfény felhasználásával hajtják végre. A vízmolekulák (H ₂ O) lebontása molekuláris oxigént (O ₂) eredményez: hidrogént használnak a redukáló teljesítmény tárolására.

Általánosságban elmondhatjuk, hogy a fotolitikus reakciók magában foglalják a foton abszorpcióját. Ez eltérő hullámhosszú, és ezért különböző energiamennyiségű sugárzó energiából származik.

Amint a foton felszívódik, két dolog történhet. Az egyikben a molekula abszorbeálja az energiát, gerjeszti, majd ellazul. Másrészt ez az energia lehetővé teszi egy kémiai kötés megszakítását. Ez fotolízis.

Ez a folyamat összekapcsolható más kötések kialakulásával. Az abszorpció közötti különbség, amely generál olyan változást, amelyet nem hívnak kvantumhozamnak.

Ez az egyes fotonokra jellemző, mivel az az energiakibocsátás forrásától függ. A kvantumhozamot úgy határozzuk meg, hogy a módosított reagens molekulák száma az abszorbeált fotononként.

Fotolízis az élő dolgokban

A víz fotolízise nem történik spontán módon. Vagyis a napfény nem szakítja meg az hidrogénkötéseket az oxigénnel, csak azért, mert. A víz fotolízise nem történik meg, csak megtörténik. És az élő szervezetek, amelyek képesek a fotoszintézis végrehajtására, megteszik.

Ennek a folyamatnak a végrehajtására a fotoszintetikus organizmusok a fotoszintézis úgynevezett könnyű reakcióihoz fordulnak. És ennek elérése érdekében nyilvánvalóan biológiai molekulákat használnak, amelyek közül a legfontosabb a P680 klorofill.

Az úgynevezett Hill-reakcióban számos elektronszállító lánc lehetővé teszi a molekuláris oxigén, az energia ATP formájában és a redukáló teljesítmény NADPH formájában történő előállítását a víz fotolíziséből.

Ennek a könnyű fázisnak az utolsó két termékét a fotoszintézis sötét szakaszában (vagy Calvin-ciklusban) használják fel a CO ₂ asszimilációjára és szénhidrátok (cukrok) előállítására.

I és II

Ezeket a szállító láncokat fotoszisztémáknak (I és II) nevezzük, és alkotóelemeik a kloroplasztokban helyezkednek el. Mindegyik különböző pigmentet használ, és különböző hullámhosszú fényt vesz fel.

A teljes konglomerátum központi eleme azonban a fénygyűjtő központ, amely kétféle klorofillből (a és b), különböző karotinoidokból és 26 kDa fehérjéből áll.

Az elfogott fotonokat ezután átvisszük a reakcióközpontokba, ahol a már említett reakciók zajlanak.

Molekuláris hidrogén

Egy másik módszer, amellyel az élőlények felhasználták a víz fotolízisét, magában foglalja a molekuláris hidrogén (H ₂) előállítását. Noha az élő dolgok más módon is előállíthatják a molekuláris hidrogént (például a formatohidrogenoláz baktérium enzim hatására), a vízből történő előállítás az egyik leggazdaságosabb és leghatékonyabb.

Ez egy olyan folyamat, amely további lépésként jelenik meg a víz hidrolízise után vagy attól függetlenül. Ebben az esetben a fényreakciókat végrehajtó organizmusok képesek valami további végrehajtására.

A víz fotolíziséből származó H ⁺ (protonok) és e- (elektronok) H _{2 előállítására történő} felhasználásáról csak a cianobaktériumokban és a zöld algákban számoltak be. A közvetett formában, a termelés a H ₂ későbbi a fotolízis a víz és a generációs szénhidrátok.

Ezt kétféle organizmus végzi. A másik módszer, a közvetlen fotolízis, még érdekesebb, és csak mikroalgák hajtják végre. Ez magában foglalja a csatornázás az elektronok származó fényt bontást a fotoszisztéma II vizet közvetlenül a előállító enzimmel H ₂ (hidrogenáz).

Ez az enzim, azonban igen érzékeny a jelenléte O ₂. A molekuláris hidrogén víz fotolízisével történő biológiai előállítása aktív kutatás területe. Célja, hogy olcsó és tiszta energiatermelési alternatívákat biztosítson.

Nem biológiai fotolízis

Az ózon lebontása ultraibolya fény által

Az egyik leginkább vizsgált nembiológiai és spontán fotolízis az ózon lebontása ultraibolya (UV) fény által. Az ózon, az oxigén azotrópja, az elem három atomjából áll.

Az ózon jelen van a légkör különféle területein, de felhalmozódik egy olyan területen, amelyet ózonoszférának hívunk. Ez a magas ózonkoncentrációs zóna megvédi az élet minden formáját az UV-fény káros hatásaitól.

Noha az ultraibolya fény nagyon fontos szerepet játszik az ózon képződésében és lebontásában, ez a sugárzó energia által okozott molekuláris lebontás egyik legimblematikusabb esete.

Egyrészt azt jelzi, hogy nem csak a látható fény képes aktív fotonokat szolgáltatni a lebomláshoz. Ezenkívül a létfontosságú molekula előállításához szükséges biológiai tevékenységekkel együtt hozzájárul az oxigénciklus létezéséhez és szabályozásához.

Egyéb folyamatok

A fotodissociation is a molekulák csillagközi térben történő lebontásának fő forrása. Más fotolízis folyamatok, amelyekkel ezúttal az emberek manipulálják, ipari, alapvető tudományos és alkalmazott jelentőséggel bírnak.

Az antropogén vegyületek vízben történő fotodegradációja egyre nagyobb figyelmet kap. Az emberi tevékenység meghatározza, hogy sok esetben az antibiotikumok, gyógyszerek, peszticidek és más szintetikus eredetű vegyületek a vízbe kerülnek.

Ezen vegyületek aktivitásának elpusztításának vagy legalább csökkentésének egyik módja a reakciók, amelyek során fényenergiát használnak az említett molekulák specifikus kötéseinek megbontására.

A biológiai tudományokban nagyon gyakori fotoreaktív vegyületek megtalálása. Miután a sejtekben vagy szövetekben jelen vannak, egyesek valamilyen típusú fény sugárzásnak vannak kitéve, hogy lebontják őket.

Ez létrehoz egy másik vegyület megjelenését, amelynek megfigyelése vagy észlelése lehetővé teszi sok alapvető kérdés megválaszolását.

Más esetekben a detektáló rendszerhez kapcsolt fotodiszociációs reakcióból származó vegyületek vizsgálata lehetővé teszi komplex minták globális összetételbeli tanulmányainak elvégzését.

Irodalom

1. Brodbelt, JS (2014) Foto-disszociációs tömegspektrometria: Új eszközök a biológiai molekulák jellemzésére. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) A növényekben végzett fotoszintézis fokozása: a fényreakciók. Essays in Biochemistry, 13: 85-94.
3. Oey, M., Sawyer. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) A mikroalgák hidrogéntermelésének kihívásai és lehetőségei. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) Fotoaktiválható nanopatternális hordozó a kollektív sejtvándorlás elemzéséhez pontosan hangolt sejt-extracelluláris mátrix ligandum kölcsönhatásokkal. PLoS ONE, 9: e91875.
5. Yan, S., Song, W. (2014) A gyógyászatilag aktív vegyületek foto-transzformációja a vizes környezetben: áttekintés. Környezettudomány. Folyamatok és hatások, 16: 697-720.