Fotolisi

Cos'è la fotólysi?

IL fotolisi È un processo chimico attraverso il quale l'assorbimento della luce (energia radiante) consente la rottura di una molecola in componenti più piccoli. Cioè, la luce fornisce l'energia richiesta per una molecola di interrompere le parti che la compongono. È anche noto con i nomi di fotodi o fotodisociazioni.

La fotolisi dell'acqua, ad esempio, è essenziale per l'esistenza di forme di vita complesse sul pianeta. Questo è realizzato dalle piante usando la luce solare.

La rottura delle molecole d'acqua (H₂O) fornisce di conseguenza ossigeno molecolare (o₂): L'idrogeno viene utilizzato per ridurre la conservazione dell'energia.

In termini generali, possiamo dire che le reazioni fotolitiche comportano l'assorbimento di un fotone. Questo deriva da un'energia radiosa di diverse lunghezze d'onda e, quindi, con diverse quantità di energia.

Una volta assorbito il fotone, possono succedere due cose. In uno di essi, la molecola assorbe l'energia, è eccitata e poi finisce per rilassarsi. Nell'altro, quell'energia consente la rottura di un legame chimico. Questa è fotolisi.

Questo processo può essere accoppiato alla formazione di altri collegamenti. La differenza tra un assorbimento che genera cambiamenti a uno che non è chiamato prestazioni quantistiche.

È particolare per ogni fotone perché dipende dalla fonte di emissione di energia. La resa quantica è definita come il numero di molecole di reagente modificate dal fotone assorbito.

Fotolisi negli esseri viventi

La fotolisi dell'acqua non è qualcosa che accade spontaneamente. Cioè, la luce solare non rompe i legami idrogeno con ossigeno perché. La fotolisi dell'acqua non è qualcosa che si verifica semplicemente, è fatto. E gli organismi viventi in grado di eseguire la fotosintesi.

Per svolgere questo processo, gli organismi fotosintetici ricorrono alle reazioni così chiamate della luce della fotosintesi. E per raggiungere questo obiettivo usano, ovviamente, molecole biologiche, la più importante delle quali è la clorofilla p680.

Nella reazione di collina così chiamata, diversi elettroni di trasportatore consentono all'acqua di ottenere ossigeno molecolare, energia a forma di ATP e potenza del riduttore in forma NADPH.

Gli ultimi due prodotti di questa fase luminosa saranno usati nella fase dell'oscurità della fotosintesi (o del ciclo di Calvin) per assimilare CO₂ e produrre carboidrati (zuccheri).

Fotosistemi I e II

Queste catene di trasportatori sono chiamate fotosistemi (I e II) e i loro componenti si trovano nei cloroplasti. Ognuno di essi usa diversi pigmenti e assorbe la luce di diverse lunghezze d'onda.

L'elemento centrale dell'intero conglomerato è il centro del collettore di luce formata da due tipi di clorofilla (A e B), diversi carotenoidi e una proteina di 26 kDa.

I fotoni catturati vengono quindi trasferiti ai centri di reazione in cui si verificano le reazioni di cui sopra.

Idrogeno molecolare

Un altro modo in cui gli esseri viventi hanno usato la fotolisi dell'acqua comporta la generazione di idrogeno molecolare (H₂).

Sebbene gli esseri viventi possano produrre idrogeno molecolare in altri modi (ad esempio, mediante l'azione dell'enzima formiaidrogenolosa batterica), la produzione dall'acqua è una delle più economiche ed efficienti.

Questo è un processo che appare come un ulteriore passo aggiuntivo o indipendente per quello dell'idrolisi dell'acqua. In questo caso, gli organismi che possono eseguire reazioni di luce sono in grado di fare qualcosa di aggiuntivo.

L'uso di H⁺ (protoni) ed e- (elettroni) derivati ​​dalla fotolisi dell'acqua per creare H₂ È stato riportato solo in cianobatteri e alghe verdi. Nella forma indiretta, la produzione di H₂ È dopo la fotolisi dell'acqua e la generazione di carboidrati.

Sono realizzati da entrambi i tipi di organismi. L'altro modo, la fotolisi diretta, è ancora più interessante ed è realizzato solo da microalghe.

La fotolisi diretta prevede la canalizzazione di elettroni derivati ​​dalla luce di rottura del fotosistema II direttamente all'enzima che produce HA di H₂ (Idrogenasi).

Questo enzima, tuttavia, è altamente sensibile alla presenza di o₂. La produzione biologica di idrogeno molecolare dovuto alla fotolisi dell'acqua è un'area di ricerca attiva. Mira a fornire alternative di generazione di energia economiche e pulite.

Fotolisi non -liologica

Degradazione dell'ozono mediante luce ultravioletta

Una delle fotósi non biologiche e spontanee più studiate è quella della degradazione dell'ozono da parte della luce ultravioletta (UV). L'ozono, un azeotropo di ossigeno, è costituito da tre atomi dell'elemento.

L'ozono è presente in varie aree dell'atmosfera, ma si accumula in uno che chiamiamo ozonesfera. Questa area ad alta commissione di ozono protegge tutte le forme di vita dagli effetti dannosi della luce UV.

Sebbene la luce UV abbia un ruolo importante sia nella generazione che nella degradazione dell'ozono, rappresenta uno dei casi più emblematici della rottura molecolare da parte dell'energia radiante.

Da un lato, indica che non solo la luce visibile è in grado di fornire fotoni attivi per il degrado. Inoltre, insieme alle attività biologiche per la generazione della molecola vitale, contribuisce all'esistenza e alla regolazione del ciclo di ossigeno.

Altri processi

La fotodisociazione è anche la principale fonte di rompere le molecole nello spazio interstellare. Altri processi di fotólysi, questa volta manipolati dall'essere umano, hanno un'importanza industriale e scientifica, di base e applicata.

La fotodegradazione dei composti di origine antropica nelle acque riceve una crescente attenzione. L'attività umana determina che, in molte occasioni, antibiotici, farmaci, pesticidi e altri composti di origine sintetica, finiscono in acqua.

Un modo per distruggere, o almeno diminuire, l'attività di questi composti è attraverso le reazioni che comportano l'uso dell'energia della luce per rompere i collegamenti specifici di quelle molecole.

Nelle scienze biologiche è molto comune trovare complessi composti fotoreattivi. Una volta presenti in cellule o tessuti, alcuni di essi sono soggetti a qualche tipo di radiazione leggera per romperle.

Ciò genera l'aspetto di un altro composto, il cui monitoraggio o rilevamento ci consente di rispondere a molte domande di base.

In altri casi, lo studio dei composti derivati ​​da una reazione di fotodisociazione collegata a un sistema di rilevamento consente di condurre studi di composizione complessi globali.

Riferimenti

1. Brodbelt, J. S. Spettrometria di massa della fotodissociazione: nuovi strumenti per la caratterizzazione delle molecole biologiche. Recensioni della società chimica.
2. Cardona, t., Shao, s., Nixon, p. J. Migliorare la fotosintesi nelle piante: le reazioni della luce. Saggi in biochimica.