FOTOLIZ NEDIR? - BIYOLOJI - 2025

Fotoliz ışığı (radyasyon enerjisi) emme küçük bileşenleri bir molekülün parçalanmasını sağlayan sayesinde kimyasal bir süreçtir. Yani ışık, bir molekülü bileşen parçalarına ayırmak için gereken enerjiyi sağlar. Aynı zamanda foto ayrışma veya foto ayrışma adlarıyla da bilinir.

Örneğin suyun fotolizi, gezegendeki karmaşık yaşam formlarının varlığı için gereklidir. Bu, güneş ışığı kullanan bitkiler tarafından yapılır. Su moleküllerinin (H ₂ O) parçalanması moleküler oksijen (O ₂ ) ile sonuçlanır : indirgeme gücünün depolanması için hidrojen kullanılır.

Genel anlamda, fotolitik reaksiyonların bir fotonun emilimini içerdiğini söyleyebiliriz. Bu, farklı dalga boylarındaki ve dolayısıyla farklı miktarlardaki enerjiyle ışıyan bir enerjiden gelir.

Foton emildiğinde iki şey olabilir. Bunlardan birinde molekül enerjiyi emer, heyecanlanır ve sonra gevşer. Diğerinde, bu enerji kimyasal bir bağın kopmasına izin verir. Bu fotolizdir.

Bu süreç, diğer bağların oluşumu ile birleştirilebilir. Kuantum verimi olarak adlandırılmayan bir emilimin değişmesine neden olan bir emilim arasındaki fark.

Her bir fotona özgüdür çünkü enerji yayılımının kaynağına bağlıdır. Kuantum verimi, absorbe edilen foton başına modifiye edilmiş reaktan moleküllerinin sayısı olarak tanımlanır.

Canlılarda fotoliz

Suyun fotolizi, kendiliğinden gerçekleşen bir şey değildir. Yani güneş ışığı, oksijen ile hidrojen bağlarını sırf çünkü kırmaz. Suyun fotolizi sadece gerçekleşen bir şey değildir, yapılır. Ve fotosentez yapabilen canlı organizmalar yapar.

Bu işlemi gerçekleştirmek için fotosentetik organizmalar, fotosentezin sözde ışık reaksiyonlarına başvurur. Ve bunu başarmak için, en önemlisi klorofil P680 olan biyolojik molekülleri kullanıyorlar.

Hill Reaction denen olayda, birkaç elektron taşıma zinciri moleküler oksijene, ATP formunda enerjiye ve suyun fotolizinden NADPH formunda indirgeme gücüne izin verir.

Bu ışık safhasının son iki ürün asimile CO fotosentez (ya da Calvin Çevrimi) karanlık evresi kullanılacak ₂ ve ürünün karbonhidratlar (şekerler).

Fotosistemler I ve II

Bu taşıma zincirlerine fotosistemler (I ve II) adı verilir ve bileşenleri kloroplastlarda bulunur. Her biri farklı pigmentler kullanır ve farklı dalga boylarındaki ışığı emer.

Bununla birlikte, tüm konglomeratın merkezi öğesi, iki tür klorofil (a ve b), farklı karotenoidler ve 26 kDa proteinden oluşan ışık toplama merkezidir.

Yakalanan fotonlar daha sonra daha önce bahsedilen reaksiyonların gerçekleştiği reaksiyon merkezlerine aktarılır.

Moleküler hidrojen

Canlıların su fotoliz kullanmış olduğu başka bir yolu, moleküler hidrojen (H üretilmesini kapsar ₂ ). Canlılar başka şekillerde moleküler hidrojen üretebilse de (örneğin, bakteriyel enzim formatohidrojenoliazın etkisiyle), sudan üretim en ekonomik ve verimli olanlardan biridir.

Bu, suyun hidrolizinden sonra veya bundan bağımsız ek bir adım olarak görünen bir süreçtir. Bu durumda, ışık reaksiyonlarını gerçekleştirebilen organizmalar ek bir şey yapabilirler.

H ₂ oluşturmak için suyun fotolizinden türetilen H ⁺ (protonlar) ve e- (elektronlar) kullanımı sadece siyanobakterilerde ve yeşil alglerde bildirilmiştir. Dolaylı bir formda, H üretimi ₂ su fotoliz ve karbonhidrat üretimi ardından gelecektir.

Her iki tür organizma tarafından gerçekleştirilir. Diğer yol, doğrudan fotoliz daha da ilginçtir ve yalnızca mikroalgler tarafından gerçekleştirilir. Bu, doğrudan doğruya H üreten enzime fotosistem II su ışık dağılımı elde edilen elektron kanalize kapsar ₂ (hidrojenaz).

Bununla birlikte, bu enzim, O ₂ varlığına karşı oldukça hassastır . Suyun fotolizi ile moleküler hidrojenin biyolojik üretimi, aktif bir araştırma alanıdır. Ucuz ve temiz enerji üretim alternatifleri sunmayı hedefler.

Biyolojik olmayan fotoliz

Ultraviyole ışıkla ozon bozulması

En çok incelenen biyolojik olmayan ve kendiliğinden oluşan fotolizlerden biri ultraviyole (UV) ışıkla ozon bozunmasıdır. Bir oksijen azotropu olan ozon, elementin üç atomundan oluşur.

Ozon, atmosferin çeşitli bölgelerinde bulunur, ancak ozonosfer dediğimiz bir yerde birikir. Bu yüksek ozon konsantrasyonu bölgesi, her türlü yaşam biçimini UV ışığının zararlı etkilerinden korur.

UV ışığı, ozonun hem oluşumunda hem de bozulmasında çok önemli bir rol oynasa da, ışıyan enerji tarafından moleküler parçalanmanın en sembolik durumlarından birini temsil eder.

Bir yandan, yalnızca görünür ışığın bozulma için aktif fotonlar sağlayamadığını gösterir. Ayrıca yaşamsal molekül oluşumuna yönelik biyolojik aktivitelerle birlikte oksijen döngüsünün varlığına ve düzenlenmesine katkıda bulunur.

Diğer işlemler

Foto ayrışma aynı zamanda yıldızlararası uzaydaki moleküllerin parçalanmasının ana kaynağıdır. Bu kez insanlar tarafından manipüle edilen diğer fotoliz süreçleri endüstriyel, temel bilimsel ve uygulamalı öneme sahiptir.

Sudaki antropojenik bileşiklerin fotodegradasyonu giderek artan bir ilgi görüyor. İnsan aktivitesi, birçok durumda antibiyotiklerin, ilaçların, böcek ilaçlarının ve diğer sentetik kökenli bileşiklerin suya karıştığını belirler.

Bu bileşiklerin aktivitesini yok etmenin veya en azından azaltmanın bir yolu, bu moleküllerdeki belirli bağları kırmak için ışık enerjisinin kullanılmasını içeren reaksiyonlardır.

Biyolojik bilimlerde karmaşık fotoreaktif bileşikler bulmak çok yaygındır. Hücrelerde veya dokularda bulunduktan sonra, bazıları onları parçalamak için bir tür ışık radyasyonuna maruz kalır.

Bu, izlenmesi veya tespiti çok sayıda temel sorunun yanıtlanmasına izin veren başka bir bileşiğin görünümünü oluşturur.

Diğer durumlarda, bir tespit sistemine bağlanmış bir foto-ayrışma reaksiyonundan türetilen bileşiklerin incelenmesi, karmaşık numunelerin global kompozisyon çalışmalarının gerçekleştirilmesini mümkün kılar.

Referanslar

1. Brodbelt, JS (2014) Photodissociation mass spectrometry: Biyolojik moleküllerin karakterizasyonu için yeni araçlar. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Bitkilerde fotosentezin arttırılması: ışık reaksiyonları. Biyokimyada Denemeler, 13: 85-94.
3. Oey, M., Sawyer,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Mikroalglerden hidrojen üretimi için zorluklar ve fırsatlar. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) Tam Olarak Ayarlanmış Hücre-Hücre Dışı Matriks Ligand Etkileşimleri ile Kolektif Hücre Göçünü Analiz Etmek İçin Bir Işıkla Aktive Edilebilir Nanopatüre Alt Tabaka. PLoS ONE, 9: e91875.
5. Yan, S., Song, W. (2014) Sulu ortamda farmasötik olarak aktif bileşiklerin foto dönüşümü: bir inceleme. Çevre Bilimi. Süreçler ve etkiler, 16: 697-720.