- โฟโตไลซิสในสิ่งมีชีวิต
- Photosystems I และ II
- ไฮโดรเจนโมเลกุล
- โฟโตไลซิสที่ไม่ใช่ทางชีวภาพ
- การย่อยสลายของโอโซนด้วยแสงอัลตราไวโอเลต
- กระบวนการอื่น ๆ
- อ้างอิง
photolysisเป็นกระบวนการทางเคมีโดยอาศัยอำนาจตามซึ่งการดูดซึมของแสง (พลังงานรังสี) ช่วยให้รายละเอียดของโมเลกุลที่เป็นส่วนประกอบที่มีขนาดเล็ก นั่นคือแสงให้พลังงานที่จำเป็นในการแบ่งโมเลกุลออกเป็นส่วน ๆ ของมัน เป็นที่รู้จักกันในชื่อขององค์ประกอบแสงหรือการสลายตัวของแสง
ตัวอย่างเช่นโฟโตไลซิสของน้ำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนบนโลกใบนี้ สิ่งนี้ดำเนินการโดยพืชโดยใช้แสงแดด การสลายโมเลกุลของน้ำ (H 2 O) ส่งผลให้โมเลกุลของออกซิเจน (O 2 ): ไฮโดรเจนถูกใช้เพื่อกักเก็บพลังงานที่ลดลง
โดยทั่วไปเราสามารถพูดได้ว่าปฏิกิริยาโฟโตไลติกเกี่ยวข้องกับการดูดซึมโฟตอน สิ่งนี้มาจากพลังงานการแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นต่างกันดังนั้นจึงมีพลังงานจำนวนต่างกัน
เมื่อโฟตอนถูกดูดซับแล้วจะมีสองสิ่งเกิดขึ้น ในหนึ่งในนั้นโมเลกุลจะดูดซับพลังงานตื่นเต้นแล้วจบลงด้วยการผ่อนคลาย พลังงานนั้นช่วยให้พันธะเคมีแตกตัวได้ นี่คือโฟโตไลซิส
กระบวนการนี้สามารถควบคู่ไปกับการสร้างพันธะอื่น ๆ ความแตกต่างระหว่างการดูดซึมที่สร้างการเปลี่ยนแปลงกับสิ่งที่ไม่เรียกว่าผลผลิตควอนตัม
โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโฟตอนแต่ละตัวเนื่องจากขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของการปล่อยพลังงาน ผลผลิตควอนตัมถูกกำหนดให้เป็นจำนวนโมเลกุลของสารตั้งต้นที่ดัดแปลงต่อโฟตอนที่ดูดซับ
โฟโตไลซิสในสิ่งมีชีวิต
โฟโตไลซิสของน้ำไม่ใช่สิ่งที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ นั่นคือแสงแดดไม่ได้ทำลายพันธะไฮโดรเจนกับออกซิเจนเพียงเพราะว่า โฟโตไลซิสของน้ำไม่ใช่สิ่งที่เพิ่งเกิดขึ้นเท่านั้น และสิ่งมีชีวิตที่สามารถสังเคราะห์แสงได้
ในการดำเนินกระบวนการนี้สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงจะใช้ปฏิกิริยาแสงที่เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง และเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้เห็นได้ชัดว่าพวกเขาใช้โมเลกุลทางชีววิทยาซึ่งสำคัญที่สุดคือคลอโรฟิลล์ P680
ในปฏิกิริยาฮิลล์ที่เรียกว่าโซ่ลำเลียงอิเล็กตรอนหลายตัวยอมให้ออกซิเจนโมเลกุลพลังงานในรูปของ ATP และลดกำลังในรูปแบบของ NADPH ที่จะได้รับจากโฟโตไลซิสของน้ำ
ผลิตภัณฑ์สองชนิดสุดท้ายของเฟสแสงนี้จะถูกใช้ในช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง (หรือวัฏจักรของคาลวิน) เพื่อดูดซึม CO 2และผลิตคาร์โบไฮเดรต (น้ำตาล)
Photosystems I และ II
โซ่การขนส่งเหล่านี้เรียกว่าระบบภาพถ่าย (I และ II) และส่วนประกอบของมันอยู่ในคลอโรพลาสต์ แต่ละตัวใช้เม็ดสีที่แตกต่างกันและดูดซับแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน
อย่างไรก็ตามองค์ประกอบกลางของกลุ่ม บริษัท ทั้งหมดคือศูนย์รวบรวมแสงซึ่งประกอบด้วยคลอโรฟิลล์สองประเภท (a และ b) แคโรทีนอยด์ที่แตกต่างกันและโปรตีน 26 kDa
โฟตอนที่จับได้จะถูกถ่ายโอนไปยังศูนย์ปฏิกิริยาซึ่งปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นแล้ว
ไฮโดรเจนโมเลกุล
อีกวิธีหนึ่งที่สิ่งมีชีวิตใช้โฟโตไลซิสของน้ำคือการสร้างไฮโดรเจนโมเลกุล (H 2 ) แม้ว่าสิ่งมีชีวิตสามารถผลิตไฮโดรเจนโมเลกุลได้ด้วยวิธีอื่น ๆ (ตัวอย่างเช่นโดยการกระทำของเอนไซม์ formatohydrogenolyase ของแบคทีเรีย) การผลิตจากน้ำเป็นหนึ่งในวิธีที่ประหยัดและมีประสิทธิภาพมากที่สุด
นี่เป็นกระบวนการที่ปรากฏเป็นขั้นตอนเพิ่มเติมหลังจากหรือเป็นอิสระจากการไฮโดรไลซิสของน้ำ ในกรณีนี้สิ่งมีชีวิตที่สามารถทำปฏิกิริยากับแสงนั้นสามารถทำอะไรเพิ่มเติมได้
การใช้ H + (โปรตอน) และ e- (อิเล็กตรอน) ที่ได้จากการโฟโตไลซิสของน้ำเพื่อสร้าง H 2มีรายงานเฉพาะในไซยาโนแบคทีเรียและสาหร่ายสีเขียวเท่านั้น ในรูปแบบทางอ้อมการผลิต H 2นั้นเกิดจากการโฟโตไลซิสของน้ำและการสร้างคาร์โบไฮเดรต
ดำเนินการโดยสิ่งมีชีวิตทั้งสองประเภท อีกวิธีหนึ่งคือโฟโตไลซิสโดยตรงนั้นน่าสนใจกว่าและดำเนินการโดยสาหร่ายขนาดเล็กเท่านั้น สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่ได้จากการสลายแสงของน้ำ photosystem II โดยตรงไปยังเอนไซม์ที่สร้าง H 2 (hydrogenase)
เอนไซม์นี้ แต่เป็นอย่างสูงที่ไวต่อการปรากฏตัวของโอ2 การผลิตโมเลกุลไฮโดรเจนทางชีวภาพโดยการโฟโตไลซิสของน้ำเป็นพื้นที่ของการวิจัยที่ใช้งานอยู่ มีจุดมุ่งหมายเพื่อจัดหาทางเลือกในการผลิตพลังงานราคาถูกและสะอาด
โฟโตไลซิสที่ไม่ใช่ทางชีวภาพ
การย่อยสลายของโอโซนด้วยแสงอัลตราไวโอเลต
หนึ่งในโฟโตไลซิสที่ไม่ใช่ทางชีวภาพและเกิดขึ้นเองที่มีการศึกษามากที่สุดคือการย่อยสลายโอโซนด้วยแสงอัลตราไวโอเลต (UV) โอโซนเป็นอะโซโทรปของออกซิเจนประกอบด้วยสามอะตอมของธาตุ
โอโซนมีอยู่ในบริเวณต่างๆของบรรยากาศ แต่จะสะสมอยู่ในที่ที่เราเรียกว่าโอโซน โซนที่มีความเข้มข้นของโอโซนสูงนี้ช่วยปกป้องสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบจากอันตรายของแสง UV
แม้ว่าแสงยูวีจะมีบทบาทสำคัญอย่างมากทั้งในการสร้างและการย่อยสลายของโอโซน แต่ก็แสดงถึงกรณีที่มีการสลายตัวของโมเลกุลด้วยพลังงานที่เปล่งประกายมากที่สุดอย่างหนึ่ง
ในแง่หนึ่งบ่งชี้ว่าไม่เพียง แต่แสงที่มองเห็นเท่านั้นที่สามารถให้โฟตอนที่ใช้งานอยู่เพื่อการย่อยสลายได้ นอกจากนี้เมื่อใช้ร่วมกับกิจกรรมทางชีววิทยาในการสร้างโมเลกุลที่สำคัญยังก่อให้เกิดการดำรงอยู่และการควบคุมวัฏจักรออกซิเจน
กระบวนการอื่น ๆ
โฟโตดิสโซซิเอชั่นยังเป็นแหล่งที่มาหลักของการสลายโมเลกุลในอวกาศระหว่างดวงดาว กระบวนการโฟโตไลซิสอื่น ๆ ที่มนุษย์จัดการในครั้งนี้มีความสำคัญทางอุตสาหกรรมวิทยาศาสตร์พื้นฐานและประยุกต์ใช้
การย่อยสลายด้วยแสงของสารประกอบแอนโธโพจินิกในน้ำกำลังได้รับความสนใจเพิ่มขึ้น กิจกรรมของมนุษย์กำหนดว่าในหลาย ๆ ครั้งยาปฏิชีวนะยายาฆ่าแมลงและสารประกอบอื่น ๆ ของแหล่งกำเนิดสังเคราะห์จะลงเอยในน้ำ
วิธีหนึ่งในการทำลายหรืออย่างน้อยก็ลดกิจกรรมของสารประกอบเหล่านี้คือผ่านปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานแสงเพื่อทำลายพันธะเฉพาะในโมเลกุลเหล่านั้น
ในทางวิทยาศาสตร์ชีวภาพเป็นเรื่องปกติมากที่จะพบสารประกอบเชิงซ้อนของแสง เมื่ออยู่ในเซลล์หรือเนื้อเยื่อแล้วบางส่วนจะถูกรังสีแสงบางชนิดเพื่อทำลายลง
สิ่งนี้ทำให้เกิดลักษณะของสารประกอบอื่นซึ่งการตรวจสอบหรือการตรวจจับช่วยให้สามารถตอบคำถามพื้นฐานได้มากมาย
ในกรณีอื่น ๆ การศึกษาสารประกอบที่ได้จากปฏิกิริยาโฟโตดิสโซซิเอชันร่วมกับระบบตรวจจับทำให้สามารถทำการศึกษาองค์ประกอบของตัวอย่างที่ซับซ้อนได้ทั่วโลก
อ้างอิง
- Brodbelt, JS (2014) Photodissociation mass spectrometry: เครื่องมือใหม่สำหรับการจำแนกลักษณะของโมเลกุลทางชีววิทยา บทวิจารณ์ของสมาคมเคมี, 43: 2757-2783
- Cardona, T. , Shao, S. , Nixon, PJ (2018) การเพิ่มการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืช: ปฏิกิริยาแสง บทความทางชีวเคมี, 13: 85-94.
- Oey, M. , Sawyer,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) ความท้าทายและโอกาสในการผลิตไฮโดรเจนจากสาหร่ายขนาดเล็ก วารสารเทคโนโลยีชีวภาพพืช 14: 1487-1499
- Shimizu, Y. , Boehm, H. , Yamaguchi, K. , Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) พื้นผิวรูปแบบนาโนที่สามารถถ่ายภาพได้สำหรับการวิเคราะห์การย้ายเซลล์แบบรวมด้วยการโต้ตอบลิแกนด์ของเมทริกซ์เซลล์นอกเซลล์ที่ปรับแต่งอย่างแม่นยำ โปรดหนึ่ง, 9: e91875
- Yan, S. , Song, W. (2014) การเปลี่ยนแปลงภาพถ่ายของสารประกอบที่ออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรมในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ: บทวิจารณ์ วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม. กระบวนการและผลกระทบ 16: 697-720