Apa itu fotolisis?

fotolisis adalah proses kimia berdasarkan mana penyerapan cahaya (energi radiasi) memungkinkan pemecahan molekul menjadi komponen-komponen yang lebih kecil. Artinya, cahaya menyediakan energi yang dibutuhkan untuk memecah molekul menjadi bagian-bagian komponennya. Ia juga dikenal dengan nama fotodekomposisi atau fotodisosiasi.

Fotolisis air, misalnya, sangat penting untuk keberadaan bentuk kehidupan yang kompleks di planet ini. Ini dilakukan oleh tanaman dengan menggunakan sinar matahari . Pemecahan molekul air (H 2 O) menghasilkan molekul oksigen (O 2 ): hidrogen digunakan untuk penyimpanan mengurangi daya.

Secara umum, kita dapat mengatakan bahwa reaksi fotolitik melibatkan penyerapan foton. Ini berasal dari energi radiasi dengan panjang gelombang yang berbeda, dan oleh karena itu, dengan jumlah energi yang berbeda.

Setelah foton diserap, dua hal dapat terjadi. Di salah satunya, molekul menyerap energi, menjadi bersemangat dan akhirnya rileks. Di sisi lain, energi itu memungkinkan pemutusan ikatan kimia . Ini adalah fotolisis.

Proses ini dapat digabungkan dengan pembentukan ikatan lainnya. Selisih antara absorpsi yang menghasilkan perubahan dengan absorpsi yang tidak disebut hasil kuantum.

Ini khusus untuk setiap foton karena tergantung pada sumber emisi energi. Hasil kuantum didefinisikan sebagai jumlah molekul reaktan yang dimodifikasi per foton yang diserap.

Indeks artikel

Fotolisis pada makhluk hidup

Fotolisis air bukanlah sesuatu yang terjadi secara spontan. Dengan kata lain, sinar matahari tidak hanya memutuskan ikatan hidrogen dengan oksigen. Fotolisis air bukanlah sesuatu yang terjadi begitu saja, itu dilakukan. Dan organisme hidup yang mampu melakukan fotosintesis lakukan .

Untuk melakukan proses ini, organisme fotosintesis menggunakan apa yang disebut reaksi terang fotosintesis. Dan untuk mencapai ini, mereka jelas menggunakan molekul biologis, yang terpenting adalah klorofil P680.

Dalam apa yang disebut Reaksi Bukit, beberapa rantai transpor elektron memungkinkan oksigen molekuler, energi dalam bentuk ATP, dan daya pereduksi dalam bentuk NADPH diperoleh dari fotolisis air.

Kedua produk terakhir dari fase cahaya ini akan digunakan dalam fase gelap fotosintesis (atau Siklus Calvin) ke asimilat CO 2 dan menghasilkan karbohidrat (gula).

Fotosistem I dan II

Rantai transpor ini disebut fotosistem (I dan II) dan komponennya terletak di kloroplas. Masing-masing dari mereka menggunakan pigmen yang berbeda, dan mereka menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda.

Unsur sentral dari seluruh konglomerat, bagaimanapun, adalah pusat pengumpulan cahaya yang dibentuk oleh dua jenis klorofil (a dan b), karotenoid yang berbeda dan protein 26 kDa.

Foton yang ditangkap kemudian ditransfer ke pusat reaksi di mana reaksi yang telah disebutkan berlangsung.

Hidrogen molekuler

Cara lain bahwa makhluk hidup telah menggunakan fotolisis air melibatkan generasi molekul hidrogen (H 2 ). Meskipun makhluk hidup dapat menghasilkan molekul hidrogen dengan cara lain (misalnya, dengan aksi enzim bakteri formatohydrogenolyase), produksi dari air adalah salah satu yang paling ekonomis dan efisien.

Ini adalah proses yang muncul sebagai langkah tambahan setelah atau tidak tergantung pada hidrolisis air. Dalam hal ini, organisme yang mampu melakukan reaksi terang mampu melakukan sesuatu yang tambahan.

Penggunaan H + (proton) dan e- (elektron) yang berasal dari fotolisis air untuk membuat H 2 hanya dilaporkan di cyanobacteria dan ganggang hijau. Dalam bentuk tidak langsung, produksi H 2 adalah berikutnya dengan fotolisis air dan generasi karbohidrat.

Ini dilakukan oleh kedua jenis organisme. Cara lain, fotolisis langsung, bahkan lebih menarik dan hanya dilakukan oleh mikroalga. Ini melibatkan penyaluran elektron yang berasal dari pemecahan cahaya air fotosistem II langsung ke enzim yang menghasilkan H 2 (hydrogenase).

Enzim ini, bagaimanapun, adalah sangat rentan terhadap kehadiran O 2 . Produksi biologis molekul hidrogen dengan fotolisis air merupakan bidang penelitian aktif. Hal ini bertujuan untuk menyediakan alternatif pembangkit energi yang murah dan bersih.

Fotolisis non-biologis

Degradasi ozon oleh sinar ultraviolet

Salah satu fotolisis non-biologis dan spontan yang paling banyak dipelajari adalah degradasi ozon oleh sinar ultraviolet (UV). Ozon, azotrop oksigen, terdiri dari tiga atom unsur.

Ozon hadir di berbagai area di atmosfer , tetapi terakumulasi dalam satu yang kita sebut ozonosfer. Zona konsentrasi ozon tinggi ini melindungi semua bentuk kehidupan dari efek merusak sinar UV.

Meskipun sinar UV memainkan peran yang sangat penting baik dalam pembentukan dan degradasi ozon, sinar UV merupakan salah satu kasus paling simbolik dari kerusakan molekul oleh energi radiasi.

Di satu sisi, ini memberi tahu kita bahwa tidak hanya cahaya tampak yang mampu menyediakan foton aktif untuk degradasi. Selanjutnya, dalam hubungannya dengan aktivitas biologis untuk menghasilkan molekul vital, ini berkontribusi pada keberadaan dan pengaturan siklus oksigen.

Proses lainnya

Fotodisosiasi juga merupakan sumber utama pemecahan molekul di ruang antarbintang. Proses fotolisis lainnya, kali ini dimanipulasi oleh manusia, memiliki kepentingan industri, ilmiah dasar, dan terapan.

Fotodegradasi senyawa antropogenik di perairan semakin mendapat perhatian. Aktivitas manusia menentukan bahwa dalam banyak kesempatan antibiotik, obat-obatan, pestisida, dan senyawa lain yang berasal dari sintetis berakhir di air.

Salah satu cara untuk menghancurkan atau setidaknya mengurangi aktivitas senyawa ini adalah melalui reaksi yang melibatkan penggunaan energi cahaya untuk memutuskan ikatan spesifik molekul tersebut.

Dalam ilmu biologi sangat umum untuk menemukan senyawa fotoreaktif yang kompleks. Setelah hadir dalam sel atau jaringan, beberapa dari mereka mengalami beberapa jenis radiasi cahaya untuk memecahnya.

Ini menghasilkan munculnya senyawa lain yang pemantauan atau deteksinya memungkinkan kita untuk menjawab banyak pertanyaan dasar.

Dalam kasus lain, studi senyawa yang berasal dari reaksi fotodisosiasi digabungkan ke sistem deteksi memungkinkan melakukan studi komposisi global sampel kompleks.

Referensi

  1. Brodbelt, JS (2014) Spektrometri massa fotodisosiasi: Alat baru untuk karakterisasi molekul biologis. Ulasan Masyarakat Kimia, 43: 2757-2783.
  2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Meningkatkan fotosintesis pada tumbuhan: reaksi terang. Esai dalam Biokimia, 13: 85-94.
  3. Oey, M., Sawyer ,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Tantangan dan peluang produksi hidrogen dari mikroalga. Jurnal Bioteknologi Tanaman, 14: 1487-1499.
  4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) Substrat Nanopatterned Photoactivatable untuk Menganalisis Migrasi Sel Kolektif dengan Interaksi Ligan Matriks Sel-Ekstraseluler yang Disetel Secara Tepat. PLoS SATU, 9: e91875.
  5. Yan, S., Song, W. (2014) Foto-transformasi senyawa aktif farmasi di lingkungan berair: ulasan. Ilmu lingkungan. Proses & dampak, 16: 697-720.