- Fotolisi negli esseri viventi
- Fotosistemi I e II
- Idrogeno molecolare
- Fotolisi non biologica
- Degradazione dell'ozono da luce ultravioletta
- Altri processi
- Riferimenti
La fotolisi è un processo chimico in virtù del quale l'assorbimento della luce (energia di radiazione) consente la scomposizione di una molecola in componenti più piccoli. Cioè, la luce fornisce l'energia necessaria per rompere una molecola nelle sue parti componenti. È anche noto con i nomi di fotodecomposizione o fotodissociazione.
La fotolisi dell'acqua, ad esempio, è essenziale per l'esistenza di forme di vita complesse sul pianeta. Questo viene effettuato dalle piante che usano la luce solare. La scomposizione delle molecole d'acqua (H 2 O) si traduce in ossigeno molecolare (O 2 ): l'idrogeno viene utilizzato per l'immagazzinamento del potere riducente.
In termini generali, possiamo dire che le reazioni fotolitiche comportano l'assorbimento di un fotone. Questo proviene da un'energia radiante di diverse lunghezze d'onda e quindi con diverse quantità di energia.
Una volta che il fotone viene assorbito, possono accadere due cose. In uno di essi, la molecola assorbe energia, si eccita e poi finisce per rilassarsi. Nell'altra, quell'energia permette la rottura di un legame chimico. Questa è la fotolisi.
Questo processo può essere accoppiato con la formazione di altri legami. La differenza tra un assorbimento che genera modifiche a uno che non si chiama resa quantica.
È particolare per ogni fotone perché dipende dalla fonte di emissione di energia. La resa quantica è definita come il numero di molecole reagenti modificate per fotone assorbito.
Fotolisi negli esseri viventi
La fotolisi dell'acqua non è qualcosa che accade spontaneamente. Cioè, la luce solare non rompe i legami idrogeno con l'ossigeno solo perché. La fotolisi dell'acqua non è qualcosa che accade e basta, è fatta. E gli organismi viventi che sono in grado di svolgere la fotosintesi lo fanno.
Per eseguire questo processo, gli organismi fotosintetici ricorrono alle cosiddette reazioni alla luce della fotosintesi. E per ottenere ciò, utilizzano ovviamente molecole biologiche, la più importante delle quali è la clorofilla P680.
Nella cosiddetta reazione di Hill, diverse catene di trasporto degli elettroni consentono di ottenere ossigeno molecolare, energia sotto forma di ATP e potenza riducente sotto forma di NADPH dalla fotolisi dell'acqua.
Gli ultimi due prodotti di questa fase luminosa saranno utilizzati nella fase oscura della fotosintesi (o ciclo di Calvin) per assimilare la CO 2 e produrre carboidrati (zuccheri).
Fotosistemi I e II
Queste catene di trasporto sono chiamate fotosistemi (I e II) e i loro componenti si trovano nei cloroplasti. Ognuno di loro utilizza pigmenti diversi e assorbono la luce di diverse lunghezze d'onda.
L'elemento centrale dell'intero conglomerato, tuttavia, è il centro di raccolta della luce formato da due tipi di clorofilla (aeb), diversi carotenoidi e una proteina da 26 kDa.
I fotoni catturati vengono quindi trasferiti ai centri di reazione in cui avvengono le reazioni già citate.
Idrogeno molecolare
Un altro modo in cui gli esseri viventi hanno utilizzato la fotolisi dell'acqua prevede la generazione di idrogeno molecolare (H 2 ). Sebbene gli esseri viventi possano produrre idrogeno molecolare in altri modi (ad esempio, per azione dell'enzima batterico formatoidrogenolasi), la produzione dall'acqua è una delle più economiche ed efficienti.
Questo è un processo che appare come un passaggio aggiuntivo dopo o indipendente dall'idrolisi dell'acqua. In questo caso, gli organismi in grado di eseguire le reazioni alla luce sono in grado di fare qualcosa di aggiuntivo.
L'uso di H + (protoni) ed e- (elettroni) derivati dalla fotolisi dell'acqua per creare H 2 è stato segnalato solo nei cianobatteri e nelle alghe verdi. Nella forma indiretta, la produzione di H 2 è successiva alla fotolisi dell'acqua e alla generazione di carboidrati.
Viene eseguito da entrambi i tipi di organismi. L'altro modo, la fotolisi diretta, è ancora più interessante e viene eseguita solo dalle microalghe. Ciò comporta la canalizzazione degli elettroni derivati dalla decomposizione della luce dell'acqua del fotosistema II direttamente all'enzima che produce H 2 (idrogenasi).
Questo enzima, tuttavia, è altamente sensibile alla presenza di O 2 . La produzione biologica di idrogeno molecolare mediante fotolisi dell'acqua è un'area di ricerca attiva. Mira a fornire alternative economiche e pulite per la generazione di energia.
Fotolisi non biologica
Degradazione dell'ozono da luce ultravioletta
Una delle fotolisi spontanee e non biologiche più studiate è quella della degradazione dell'ozono da parte della luce ultravioletta (UV). L'ozono, un azotropo dell'ossigeno, è costituito da tre atomi dell'elemento.
L'ozono è presente in varie zone dell'atmosfera, ma si accumula in quella che chiamiamo ozonosfera. Questa zona ad alta concentrazione di ozono protegge tutte le forme di vita dagli effetti dannosi della luce UV.
Sebbene la luce UV svolga un ruolo molto importante sia nella generazione che nella degradazione dell'ozono, rappresenta uno dei casi più emblematici di degradazione molecolare da energia radiante.
Da un lato, indica che non solo la luce visibile è in grado di fornire fotoni attivi per la degradazione. Inoltre, insieme alle attività biologiche per la generazione della molecola vitale, contribuisce all'esistenza e alla regolazione del ciclo dell'ossigeno.
Altri processi
La fotodissociazione è anche la principale fonte di rottura delle molecole nello spazio interstellare. Altri processi di fotolisi, questa volta manipolati dall'uomo, hanno un'importanza industriale, scientifica di base e applicata.
La fotodegradazione dei composti antropici nell'acqua sta ricevendo un'attenzione crescente. L'attività umana determina che in molte occasioni antibiotici, farmaci, pesticidi e altri composti di origine sintetica finiscono nell'acqua.
Un modo per distruggere o almeno diminuire l'attività di questi composti è attraverso reazioni che implicano l'uso di energia luminosa per rompere legami specifici in quelle molecole.
Nelle scienze biologiche è molto comune trovare composti fotoreattivi complessi. Una volta presenti nelle cellule o nei tessuti, alcuni di loro sono soggetti a qualche tipo di radiazione luminosa per scomporli.
Questo genera l'aspetto di un altro composto il cui monitoraggio o rilevamento consente di rispondere a una moltitudine di domande di base.
In altri casi, lo studio di composti derivati da una reazione di fotodissociazione accoppiata a un sistema di rilevazione consente di effettuare studi di composizione globale di campioni complessi.
Riferimenti
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- Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Miglioramento della fotosintesi nelle piante: le reazioni alla luce. Saggi in biochimica, 13: 85-94.
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