CO JE TO FOTOLÝZA? - BIOLOGIE - 2025

Fotolýza je chemický proces, na základě kterého je absorpce světla (energie záření) umožňuje rozdělení molekuly na menší komponenty. To znamená, že světlo poskytuje energii potřebnou k rozbití molekuly na její součásti. To je také známé podle názvů fotodompozice nebo fotodisociace.

Například fotolýza vody je nezbytná pro existenci komplexních forem života na planetě. To se provádí rostlinami využívajícími sluneční světlo. Rozklad molekul vody (H ₂ O) vede k molekulárnímu kyslíku (O ₂): vodík se používá pro ukládání redukční energie.

Obecně lze říci, že fotolytické reakce zahrnují absorpci fotonu. Toto pochází z radiační energie různých vlnových délek, a proto s různým množstvím energie.

Jakmile je foton absorbován, mohou nastat dvě věci. V jednom z nich molekula pohlcuje energii, je vzrušená a nakonec se uvolní. Na druhé straně tato energie umožňuje rozbití chemické vazby. Toto je fotolýza.

Tento proces může být spojen s vytvářením dalších vazeb. Rozdíl mezi absorpcí, která generuje, se změní na tu, která není nazývána kvantový výnos.

Je to zvlášť pro každý foton, protože to závisí na zdroji energie. Kvantový výtěžek je definován jako počet modifikovaných molekul reaktantu na absorbovaný foton.

Fotolýza v živých věcech

Fotolýza vody není něco, co se děje spontánně. To znamená, že sluneční světlo nepřerušuje vodíkové vazby s kyslíkem jen proto, že. Fotolýza vody není něco, co se právě děje, je hotovo. A živé organismy, které jsou schopné provádět fotosyntézu, to dělají.

K provedení tohoto procesu se fotosyntetické organismy uchylují k tzv. Světelným reakcím fotosyntézy. K dosažení tohoto cíle samozřejmě používají biologické molekuly, z nichž nejdůležitější je chlorofyl P680.

V tak zvané Hill Reaction několik elektronových transportních řetězců umožňuje molekulární kyslík, energii ve formě ATP a redukující sílu ve formě NADPH, které lze získat fotolýzou vody.

Poslední dva produkty lehké fáze se použije v temné fázi fotosyntézy (nebo Calvin cyklus) asimilovat CO ₂ a jsou vyrobeny z uhlohydrátů (cukrů).

Fotosystémy I a II

Tyto transportní řetězce se nazývají fotosystémy (I a II) a jejich složky se nacházejí v chloroplastech. Každý z nich používá různé pigmenty a absorbuje světlo různých vlnových délek.

Ústředním prvkem celého konglomerátu je však centrum pro shromažďování světla složené ze dvou typů chlorofylu (a a b), různých karotenoidů a proteinu 26 kDa.

Zachytené fotony jsou poté přeneseny do reakčních center, ve kterých se již uskutečňují uvedené reakce.

Molekulární vodík

Dalším způsobem, že živé organismy používali fotolýza vody zahrnuje tvorbu molekulárního vodíku (H ₂). Ačkoli živé věci mohou produkovat molekulární vodík jinými způsoby (například působením bakteriálního enzymu formatohydrogenolyázy), produkce z vody je jednou z nejúspornějších a nejúčinnějších.

Jedná se o proces, který se objevuje jako další krok po hydrolýze vody nebo nezávisle na ní. V tomto případě jsou organismy schopné provádět světelné reakce schopny udělat něco navíc.

Použití H ⁺ (protony) a e- (elektrony), odvozený z fotolýzou vody k vytvoření H ₂ má jen byly hlášeny sinic a zelených řas. V nepřímé formě, výroba H ₂, je v návaznosti na fotolýzy vody a vytváření sacharidů.

Provádí se oba typy organismů. Jiná cesta, přímá fotolýza, je ještě zajímavější a provádí se pouze mikrořasami. To zahrnuje nasměrování elektronů odvozených od světelného rozdělení vody fotosystému II přímo s enzymem, který vytváří H ₂ (hydrogenase).

Tento enzym je však velmi citlivé na přítomnost O ₂. Biologická produkce molekulárního vodíku fotolýzou vody je oblastí aktivního výzkumu. Jeho cílem je poskytnout levné a čisté alternativy výroby energie.

Nebiologická fotolýza

Degradace ozonu ultrafialovým světlem

Jednou z nejvíce studovaných nebiologických a spontánních fotolýz je degradace ozonu ultrafialovým (UV) světlem. Ozon, azotrop kyslíku, je tvořen třemi atomy prvku.

Ozon je přítomen v různých oblastech atmosféry, ale hromadí se v jedné, které nazýváme ozonosférou. Tato zóna vysoké koncentrace ozonu chrání všechny formy života před škodlivými účinky UV světla.

Přestože UV záření hraje velmi důležitou roli jak při tvorbě, tak při degradaci ozonu, představuje jeden z nejznámějších případů molekulárního rozkladu radiační energií.

Na jedné straně to ukazuje, že nejen viditelné světlo je schopné poskytovat aktivní fotony pro degradaci. Kromě toho, ve spojení s biologickými aktivitami pro tvorbu vitální molekuly, přispívá k existenci a regulaci kyslíkového cyklu.

Jiné procesy

Fotodisociace je také hlavním zdrojem rozkladu molekul v mezihvězdném prostoru. Jiné procesy fotolýzy, tentokrát manipulované lidmi, mají průmyslový, základní vědecký a aplikovaný význam.

Rostoucí pozornost je věnována fotodegradaci antropogenních sloučenin ve vodě. Lidská aktivita určuje, že antibiotika, drogy, pesticidy a další sloučeniny syntetického původu se mnohokrát ocitnou ve vodě.

Jedním způsobem, jak zničit nebo alespoň snížit aktivitu těchto sloučenin, jsou reakce, které zahrnují použití světelné energie k přerušení specifických vazeb těchto molekul.

V biologických vědách je velmi časté najít komplexní fotoreaktivní sloučeniny. Jakmile jsou přítomny v buňkách nebo tkáních, některé z nich jsou vystaveny určitému typu světelného záření, aby je rozložily.

To generuje vzhled jiné sloučeniny, jejíž monitorování nebo detekci umožňuje odpovědět na množství základních otázek.

V jiných případech umožňuje studie sloučenin odvozených od fotodisociační reakce připojené k detekčnímu systému provádět globální studie složení složitých vzorků.

Reference

1. Brodbelt, JS (2014) Fotodisociační hmotnostní spektrometrie: Nové nástroje pro charakterizaci biologických molekul. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Zvyšování fotosyntézy v rostlinách: reakce světla. Essays in Biochemistry, 13: 85-94.
3. Oey, M., Sawyer,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Výzvy a příležitosti pro výrobu vodíku z mikrořas. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) Fotoaktivovatelný nanopatternovaný substrát pro analýzu kolektivní buněčné migrace s přesně vyladěnými buněčnými extracelulárními maticovými interakcemi. PLoS ONE, 9: e91875.
5. Yan, S., Song, W. (2014) Foto-transformace farmaceuticky aktivních sloučenin ve vodném prostředí: přehled. Věda o životním prostředí. Procesy a dopady, 16: 697-720.