- Photolyse in Lebewesen
- Photosysteme I und II
- Molekularer Wasserstoff
- Nichtbiologische Photolyse
- Ozonabbau durch ultraviolettes Licht
- Andere Prozesse
- Verweise
Die Photolyse ist ein chemischer Prozess, bei dem die Absorption von Licht (Strahlungsenergie) den Zerfall eines Moleküls in kleinere Komponenten ermöglicht. Das heißt, Licht liefert die Energie, die erforderlich ist, um ein Molekül in seine Bestandteile zu zerlegen. Es ist auch unter den Namen Photozersetzung oder Photodissoziation bekannt.
Die Photolyse von Wasser ist zum Beispiel wesentlich für die Existenz komplexer Lebensformen auf dem Planeten. Dies wird von Pflanzen mit Sonnenlicht durchgeführt. Der Abbau von Wassermolekülen (H 2 O) führt zu molekularem Sauerstoff (O 2 ): Wasserstoff wird zur Speicherung von Reduktionskraft verwendet.
Generell kann man sagen, dass photolytische Reaktionen die Absorption eines Photons beinhalten. Dies kommt von einer Strahlungsenergie unterschiedlicher Wellenlängen und daher mit unterschiedlichen Energiemengen.
Sobald das Photon absorbiert ist, können zwei Dinge passieren. In einem von ihnen absorbiert das Molekül Energie, wird erregt und entspannt sich dann. Zum anderen ermöglicht diese Energie das Aufbrechen einer chemischen Bindung. Das ist Photolyse.
Dieser Prozess kann mit der Bildung anderer Bindungen gekoppelt werden. Der Unterschied zwischen einer Absorption, die erzeugt, ändert sich zu einer Absorption, die nicht als Quantenausbeute bezeichnet wird.
Es ist für jedes Photon spezifisch, da es von der Energieemissionsquelle abhängt. Die Quantenausbeute ist definiert als die Anzahl der modifizierten Reaktantenmoleküle pro absorbiertem Photon.
Photolyse in Lebewesen
Die Photolyse von Wasser geschieht nicht spontan. Das heißt, Sonnenlicht bricht keine Wasserstoffbrückenbindungen mit Sauerstoff, nur weil. Die Photolyse von Wasser geschieht nicht einfach so, sondern wird durchgeführt. Und lebende Organismen, die in der Lage sind, Photosynthese durchzuführen, tun dies.
Um diesen Prozess durchzuführen, greifen photosynthetische Organismen auf die sogenannten Lichtreaktionen der Photosynthese zurück. Und um dies zu erreichen, verwenden sie offensichtlich biologische Moleküle, von denen das wichtigste Chlorophyll P680 ist.
Bei der sogenannten Hill-Reaktion ermöglichen mehrere Elektronentransportketten, dass molekularer Sauerstoff, Energie in Form von ATP und Reduktionskraft in Form von NADPH aus der Photolyse von Wasser erhalten werden.
Die letzten beiden Produkte dieser hellen Phase werden in der dunklen Phase der Photosynthese (oder des Calvin-Zyklus) verwendet, um CO 2 zu assimilieren und Kohlenhydrate (Zucker) zu produzieren.
Photosysteme I und II
Diese Transportketten werden Photosysteme (I und II) genannt und ihre Komponenten befinden sich in den Chloroplasten. Jeder von ihnen verwendet unterschiedliche Pigmente und absorbiert Licht unterschiedlicher Wellenlängen.
Das zentrale Element des gesamten Konglomerats ist jedoch das Lichtsammelzentrum, das aus zwei Arten von Chlorophyll (a und b), verschiedenen Carotinoiden und einem 26 kDa-Protein besteht.
Die eingefangenen Photonen werden dann zu den Reaktionszentren übertragen, in denen die bereits erwähnten Reaktionen stattfinden.
Molekularer Wasserstoff
Eine andere Art und Weise, wie Lebewesen die Photolyse von Wasser genutzt haben, ist die Erzeugung von molekularem Wasserstoff (H 2 ). Obwohl Lebewesen molekularen Wasserstoff auf andere Weise produzieren können (zum Beispiel durch die Wirkung des bakteriellen Enzyms Formatohydrogenolyase), ist die Produktion aus Wasser eine der wirtschaftlichsten und effizientesten.
Dies ist ein Prozess, der als zusätzlicher Schritt nach oder unabhängig von der Hydrolyse von Wasser erscheint. In diesem Fall können Organismen, die die Lichtreaktionen ausführen können, etwas Zusätzliches tun.
Die Verwendung von H + (Protonen) und e- (Elektronen) aus der Photolyse von Wasser zur Erzeugung von H 2 wurde nur bei Cyanobakterien und Grünalgen berichtet. In der indirekten Form erfolgt die Produktion von H 2 nach der Photolyse von Wasser und der Erzeugung von Kohlenhydraten.
Es wird von beiden Arten von Organismen durchgeführt. Der andere Weg, die direkte Photolyse, ist noch interessanter und wird nur von Mikroalgen durchgeführt. Dies beinhaltet die Kanalisierung von Elektronen, die aus dem Lichtabbau von Photosystem II-Wasser stammen, direkt zu dem Enzym, das H 2 (Hydrogenase) produziert.
Dieses Enzym ist jedoch sehr anfällig für die Anwesenheit von O 2 . Die biologische Produktion von molekularem Wasserstoff durch Photolyse von Wasser ist ein Bereich aktiver Forschung. Ziel ist es, günstige und saubere Alternativen zur Energieerzeugung bereitzustellen.
Nichtbiologische Photolyse
Ozonabbau durch ultraviolettes Licht
Eine der am meisten untersuchten nicht-biologischen und spontanen Photolysen ist der Ozonabbau durch ultraviolettes (UV) Licht. Ozon, ein Azotrop von Sauerstoff, besteht aus drei Atomen des Elements.
Ozon ist in verschiedenen Bereichen der Atmosphäre vorhanden, reichert sich jedoch in einem Bereich an, den wir Ozonosphäre nennen. Diese Zone mit hoher Ozonkonzentration schützt alle Lebensformen vor den schädlichen Auswirkungen von UV-Licht.
Obwohl UV-Licht sowohl bei der Erzeugung als auch beim Abbau von Ozon eine sehr wichtige Rolle spielt, ist es einer der emblematischsten Fälle des molekularen Abbaus durch Strahlungsenergie.
Einerseits zeigt es an, dass nicht nur sichtbares Licht aktive Photonen zum Abbau liefern kann. Darüber hinaus trägt es in Verbindung mit biologischen Aktivitäten zur Erzeugung des lebenswichtigen Moleküls zur Existenz und Regulation des Sauerstoffkreislaufs bei.
Andere Prozesse
Die Photodissoziation ist auch die Hauptquelle für den Abbau von Molekülen im interstellaren Raum. Andere Photolyseprozesse, die diesmal vom Menschen manipuliert werden, haben industrielle, grundlegende wissenschaftliche und angewandte Bedeutung.
Der Photoabbau anthropogener Verbindungen in Wasser findet zunehmend Beachtung. Die menschliche Aktivität bestimmt, dass Antibiotika, Medikamente, Pestizide und andere Verbindungen synthetischen Ursprungs häufig im Wasser landen.
Eine Möglichkeit, die Aktivität dieser Verbindungen zu zerstören oder zumindest zu verringern, sind Reaktionen, bei denen Lichtenergie verwendet wird, um bestimmte Bindungen in diesen Molekülen aufzubrechen.
In den Biowissenschaften ist es sehr häufig, komplexe photoreaktive Verbindungen zu finden. Sobald sie in Zellen oder Geweben vorhanden sind, werden einige von ihnen einer Art Lichtstrahlung ausgesetzt, um sie abzubauen.
Dies erzeugt das Erscheinungsbild einer anderen Verbindung, deren Überwachung oder Erkennung die Beantwortung einer Vielzahl grundlegender Fragen ermöglicht.
In anderen Fällen ermöglicht die Untersuchung von Verbindungen, die aus einer an ein Nachweissystem gekoppelten Photodissoziationsreaktion stammen, die Durchführung globaler Zusammensetzungsstudien komplexer Proben.
Verweise
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