- La fotòlisi en els éssers vius
- Fotosistemes I i II
- hidrogen molecular
- La fotòlisi no biològica
- Degradació de l'ozó per llum ultraviolada
- altres processos
- referències
La fotòlisi és un procés químic per virtut de qual l'absorció de llum (energia radiant) permet la ruptura d'una molècula en components més petits. És a dir, la llum brinda l'energia requerida per trencar una molècula en les parts que la componen. També es coneix amb els noms de fotodescomposició o fotodisociación.
La fotòlisi de l'aigua, per exemple, és fonamental per a l'existència de formes de vida complexa al planeta. Aquesta la duen a terme les plantes emprant la llum de el sol. La ruptura de molècules d'aigua (H 2 O) brinda com a resultat oxigen molecular (O 2): l'hidrogen és emprat per a l'emmagatzematge de poder reductor.
En termes generals, podem dir que les reaccions fotolíticas involucren l'absorció d'un fotó. Aquest prové d'una energia radiant de diferents longituds d'ona, i per tant, amb diferents quantitats d'energia.
Un cop absorbit el fotó, poden passar dues coses. En una d'elles, la molècula absorbeix l'energia, s'excita i després acaba relaxant-se. En l'altra, aquesta energia permet la ruptura d'un enllaç químic. Aquesta és la fotòlisi.
Aquest procés pot estar acoblat a la formació d'altres enllaços. La diferència entre una absorció que genera canvis a una que no s'anomena rendiment quàntic.
És particular de cada fotó perquè depèn de la font d'emissió d'energia. El rendiment quàntic es defineix com el nombre de molècules de reactant modificades per fotó absorbit.
La fotòlisi en els éssers vius
La fotòlisi de l'aigua no és una cosa que passa espontàniament. És a dir, la llum de el sol no trenca els enllaços d'hidrogen amb l'oxigen perquè sí. La fotòlisi de l'aigua no és una cosa que simplement passa, es fa. I ho fan els organismes vius que són capaços de dur a terme la fotosíntesi.
Per realitzar aquest procés, els organismes fotosintètics recorren a les anomenades reaccions de la llum de la fotosíntesi. I per aconseguir-ho fan servir, òbviament, molècules biològiques, la més important de les quals és la clorofil·la P680.
En l'anomenada Reacció d'Hill, diverses cadenes transportadores d'electrons permeten que a partir de la fotòlisi de l'aigua s'obtingui oxigen molecular, energia en forma d'ATP, i poder reductor en la forma de NADPH.
Els dos últims productes d'aquesta fase lluminosa seran emprats en la fase de la foscor de la fotosíntesi (o Cicle de Calvin) per assimilar CO 2 i produir carbohidrats (sucres).
Fotosistemes I i II
Aquestes cadenes transportadores es diuen fotosistemes (I i II) i els seus components se situen en els cloroplasts. Cada un d'ells empra diferents pigments, i absorbeixen llum de diferents longituds d'ona.
L'element central de tot el conglomerat, però, és el centre col·lector de llum format per dos tipus de clorofil·la (aib), diferents carotenoides i una proteïna de 26 kDa.
Els fotons captats són després transferits als centres de reacció en els quals tenen lloc les reaccions que ja s'han esmentat.
hidrogen molecular
Una altra manera com els éssers vius han emprat la fotòlisi de l'aigua involucra la generació d'hidrogen molecular (H 2). Tot i que els éssers vius poden produir hidrogen molecular per altres vies (per exemple, per acció de l'enzim formiatohidrogenoliasa bacteriana), la producció a partir d'aigua és una de les més econòmiques i eficients.
Aquest és un procés que apareix com un pas addicional posterior o independent a el de la hidròlisi de l'aigua. En aquest cas, organismes capaços de dur a terme les reaccions de la llum són capaços de fer alguna cosa addicional.
L'ús d'H + (protons) i e (electrons) derivats de la fotòlisi de l'aigua per crear H 2 només s'ha reportat en cianobacteris i en algues verdes. En la forma indirecta, la producció d'H 2 és posterior a la fotòlisi de l'aigua i la generació de carbohidrats.
La duen a terme dos tipus d'organismes. L'altra manera, la fotòlisi directa, és més interessant encara i només la porten a terme les microalgues. Aquesta involucra la canalització dels electrons derivats de la ruptura lumínica de l'aigua de l'fotosistema II directament a l'enzim productora de l'H 2 (hidrogenasa).
Aquest enzim, si això, és altament susceptible a la presència d'O 2. La producció biològica d'hidrogen molecular per fotòlisi de l'aigua és una àrea d'activa investigació. Pretén oferir alternatives de generació d'energia barates i netes.
La fotòlisi no biològica
Degradació de l'ozó per llum ultraviolada
Una de les fotòlisi no biològiques i espontània més estudiades és la de la degradació de l'ozó per llum ultraviolada (UV). El ozó, un azótropo de l'oxigen, està constituït per tres àtoms d'l'element.
L'ozó és present en diverses zones de l'atmosfera, però s'acumula en una a la qual anomenem ozonosfera. Aquesta zona d'alta concentració d'ozó protegeix totes les formes de vida dels efectes nocius de la llum UV.
Tot i que la llum UV juga un paper importantíssim tant en la generació com en la degradació de l'ozó, representa un dels casos més emblemàtics de la ruptura molecular per energia radiant.
D'una banda, ens indica que no només la llum visible és capaç de brindar fotons actius per a la degradació. A més, en conjunt amb activitats biològiques de generació de la molècula vital, contribueix a l'existència i regulació de el cicle de l'oxigen.
altres processos
La fotodisociación és també la principal font de ruptura de les molècules en l'espai interestel·lar. Altres processos de fotòlisi, aquest cop manipulats per l'ésser humà, tenen importància industrial, científica bàsica i aplicada.
La fotodegradació de compostos d'origen antròpic a les aigües rep atenció cada vegada més creixent. L'activitat humana determina que en moltes ocasions antibiòtics, fàrmacs, pesticides, i altres compostos d'origen sintètic, acabin a l'aigua.
Una manera de destruir o al menys disminuir l'activitat d'aquests compostos és a través de reaccions que involucren l'ús d'energia lumínica per trencar enllaços específics d'aquestes molècules.
En les ciències biològiques és molt comú trobar compostos complexos fotoreactivos. Un cop presents en cèl·lules o teixits, alguns d'ells són sotmesos a algun tipus de radiació lumínica per trencar-los.
Això genera l'aparició d'un altre compost el seguiment o detecció permeten donar resposta a multitud de preguntes bàsiques.
En altres casos, l'estudi de compostos derivats d'una reacció de fotodisociación acoblada a un sistema de detecció permet dur a terme estudis globals de composició de mostres complexes.
referències
- Brodbelt, JS (2014) Photodissociation mass spectrometry: New tools for characterization of biological molecules. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
- Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Enhancing Photosynthesis in plants: the light reactions. Essays in Biochemistry, 13: 85-94.
- Oey, M., Sawyer,. A EL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Challenges i oportunitats per a hydrogen production from microalgae. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
- Shimizu, I., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) A Photoactivatable Nanopatterned Substrate for Analyzing Collective Cell Migration with Precisely Tuned Cell-extracel·lular Matrix Ligand Interactions. PLoS ONE, 9: e91875.
- Yan, S., Song, W. (2014) Photo-transformation of pharmaceutically activi compounds in the aqueous environment: a review. Environmental science. Processes & impacts, 16: 697-720.