ŠTO JE FOTOLIZA? - BIOLOGIJA - 2026

Fotolize je kemijski proces na temelju kojih je apsorpcija svjetlosti (radijacijske energije) omogućuje razgradnju molekula u manje dijelove. Odnosno, svjetlost daje energiju potrebnu za razbijanje molekule na njene sastavne dijelove. Poznata je i po nazivima fotodekompozicije ili fotodisocijacije.

Na primjer, fotoliza vode bitna je za postojanje složenih životnih oblika na planeti. To provode biljke koje koriste sunčevu svjetlost. Razgradnju molekula vode (H ₂ O) rezultira molekularnog kisika (O ₂): vodika se koristi za pohranjivanje smanjenja snage.

Općenito, možemo reći da fotolitičke reakcije uključuju apsorpciju fotona. To dolazi od zračenja energijom različitih valnih duljina, a samim tim i s različitim količinama energije.

Jednom kada se foton apsorbira, mogu se dogoditi dvije stvari. U jednom od njih molekula apsorbira energiju, uzbuđuje se, a zatim završava opuštajući. U drugom slučaju ta energija omogućava razbijanje kemijske veze. Ovo je fotoliza.

Taj se postupak može povezati s stvaranjem ostalih veza. Razlika između apsorpcije koja stvara promjene dolazi do one koja se ne naziva kvantnim prinosom.

Poseban je za svaki foton jer ovisi o izvoru emisije energije. Kvantni prinos je definiran kao broj modificiranih molekula reaktanta po apsorbiranom fotonu.

Fotoliza živih bića

Fotoliza vode nije nešto što se događa spontano. Odnosno, sunčeva svjetlost ne razbija vodikove veze s kisikom samo zato. Fotoliza vode nije nešto što se tek događa, već se provodi. A živi organizmi koji su sposobni provesti fotosintezu.

Za provođenje ovog procesa fotosintetski organizmi pribjegavaju tzv svjetlosnim reakcijama fotosinteze. A da bi to postigli, očito koriste biološke molekule, od kojih je najvažnija klorofil P680.

U takozvanoj Hill reakciji, nekoliko lanaca za transport elektrona omogućava molekularni kisik, energiju u obliku ATP-a i smanjujući snagu u obliku NADPH da se dobije fotolizom vode.

Posljednja dva proizvoda ove svjetlosne faze koristit će se u tamnoj fazi fotosinteze (ili Calvin ciklusu) za asimilaciju CO ₂ i proizvodnju ugljikohidrata (šećera).

Fotosustavi I i II

Ti se transportni lanci nazivaju fotosistemi (I i II), a njihove komponente smještene su u kloroplastima. Svaki od njih koristi različite pigmente, a oni apsorbiraju svjetlost različitih valnih duljina.

Centralni element čitavog konglomerata je, međutim, centar za prikupljanje svjetla koji čine dvije vrste klorofila (a i b), različiti karotenoidi i protein od 26 kDa.

Uhvaćeni fotoni se zatim prebacuju u reakcijske centre u kojima se odvijaju već spomenute reakcije.

Molekularni vodik

Drugi način na koji su se živa bića koristili fotolize vode uključuje generaciju molekularnog vodika (H ₂). Iako živa bića mogu proizvesti molekularni vodik na druge načine (na primjer, djelovanjem bakterijskog enzima formatohidrogenolyase), proizvodnja iz vode jedan je od najekonomičnijih i najučinkovitijih.

To je postupak koji se pojavljuje kao dodatni korak nakon hidrolize vode ili neovisan o njoj. U ovom slučaju organizmi koji su sposobni provesti svjetlosne reakcije sposobni su učiniti nešto dodatno.

Korištenje H ⁺ (protona) i E- (elektrona) izvedena iz fotolize vode za stvaranje H ₂ samo je prijavljen u cijanobakterija i zelenih algi. Indirektnu obliku, proizvodnja H ₂ uslijedi nakon fotolize vode i generiranje ugljikohidrata.

Izvode ga obje vrste organizama. Drugi je način, izravna fotoliza, još zanimljiviji i provodi ga samo mikroalgama. To uključuje usmjeravanje elektrona dobivenih iz lakog razgradnju vodi fotosustava II izravno enzima koji proizvodi H ₂ (hidrogenaze).

Ovaj enzim je, međutim, vrlo je osjetljiv na prisutnost O ₂. Biološka proizvodnja molekularnog vodika fotolizom vode područje je aktivnog istraživanja. Cilj mu je pružiti jeftine i čiste alternative za proizvodnju energije.

Nebiološka fotoliza

Degradacija ozona ultraljubičastom svjetlošću

Jedna od najgledanijih nebioloških i spontanih fotoliza je degradacija ozona ultraljubičastom (UV) svjetlošću. Ozon, azotrop kisika, sastoji se od tri atoma elementa.

Ozon je prisutan u raznim područjima atmosfere, ali se akumulira u onome koje nazivamo ozonosferom. Ova zona visoke koncentracije ozona štiti sve oblike života od štetnog djelovanja UV svjetla.

Iako UV svjetlo igra vrlo važnu ulogu i u stvaranju i u razgradnji ozona, predstavlja jedan od najvažnijih slučajeva raspada molekularne energije zračenjem.

S jedne strane, ukazuje da nije samo vidljiva svjetlost sposobna osigurati aktivne fotone za razgradnju. Nadalje, zajedno s biološkim aktivnostima za stvaranje vitalne molekule pridonosi postojanju i regulaciji kisikovog ciklusa.

Ostali procesi

Fotodisocijacija je također glavni izvor raspada molekula u međuzvjezdanom prostoru. Ostali procesi fotolize, kojima su ljudi ovaj put upravljali, imaju industrijsku, osnovnu znanstvenu i primijenjenu važnost.

Sve je veća pažnja na fotodegradaciju antropogenih spojeva u vodi. Ljudska aktivnost određuje da u mnogim prilikama antibiotici, lijekovi, pesticidi i drugi spojevi sintetskog podrijetla završe u vodi.

Jedan od načina uništavanja ili barem smanjenja aktivnosti ovih spojeva je reakcijama koje uključuju upotrebu svjetlosne energije za razbijanje specifičnih veza u tim molekulama.

U biološkim znanostima vrlo je često naći složene fotoreaktivne spojeve. Jednom prisutne u stanicama ili tkivima, neke od njih podvrgavaju se nekom tipu zračenja kako bi se razbile.

Ovo stvara izgled drugog spoja čije praćenje ili otkrivanje omogućava odgovor na mnoštvo osnovnih pitanja.

U drugim slučajevima, ispitivanje spojeva dobivenih reakcijom fotodisocijacije spojenim na detekcijski sustav omogućuje provođenje globalnih kompozicijskih studija složenih uzoraka.

Reference

1. Brodbelt, JS (2014) Fotodissocijacijska masena spektrometrija: Novi alati za karakterizaciju bioloških molekula. Recenzije kemijskog društva, 43: 2757-2783.
2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Poboljšanje fotosinteze u biljkama: svjetlosne reakcije. Eseji iz biokemije, 13: 85-94.
3. Oey, M., Sawyer,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Izazovi i mogućnosti proizvodnje vodika iz mikroalgi. Biljni biljni časopis, 14: 1487-1499.
4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) Fotoaktivabilni nanočepljeni supstrat za analizu kolektivne stanične migracije s precizno podešenim međudjelovanjem staničnih izvanstaničnih matriksa. MJESTO JEDNO, 9: e91875.
5. Yan, S., Song, W. (2014) Foto-transformacija farmaceutski aktivnih spojeva u vodenom okruženju: pregled. Znanost o okolišu. Procesi i utjecaji, 16: 697-720.