ما هو التحلل الضوئي؟

ال التحلل الضوئي إنها عملية كيميائية بحكمها يسمح امتصاص الضوء (الطاقة المشعة) بتقسيم الجزيء إلى مكونات أصغر. أي أن الضوء يوفر الطاقة اللازمة لكسر الجزيء في الأجزاء المكونة له. كما أنها معروفة بأسماء التركيب الضوئي أو التفكك الضوئي.

تحلل الماء ، على سبيل المثال ، أمر أساسي لوجود أشكال الحياة المعقدة على هذا الكوكب. ويتم ذلك عن طريق النباتات باستخدام أشعة الشمس. انهيار جزيئات الماء (ح₂O) النتائج في الأكسجين الجزيئي (O₂): يستخدم الهيدروجين لتخزين تقليل الطاقة.

بعبارات عامة ، يمكننا القول أن تفاعلات التحلل الضوئي تنطوي على امتصاص الفوتون. يأتي هذا من طاقة مشعة بأطوال موجية مختلفة ، وبالتالي بكميات مختلفة من الطاقة.

بمجرد امتصاص الفوتون ، يمكن أن يحدث شيئان. في أحدهما ، يمتص الجزيء الطاقة ، ويصبح متحمسًا ثم يرتاح. في الحالة الأخرى ، تسمح تلك الطاقة بتكسير رابطة كيميائية. هذا هو التحلل الضوئي.

قد تقترن هذه العملية بتكوين روابط أخرى. الفرق بين الامتصاص الذي يولد تغييرات على واحد لا يسمى غلة الكم.

إنه خاص بكل فوتون لأنه يعتمد على مصدر انبعاث الطاقة. يتم تعريف الغلة الكمية على أنها عدد الجزيئات المتفاعلة المعدلة لكل فوتون مملوء.

مؤشر

• 1 التحلل الضوئي في الكائنات الحية
  • 1.1 أنظمة الصور الأول والثاني
  • 1.2 الهيدروجين الجزيئي
• 2 التحلل الضوئي غير البيولوجي
• 3 المراجع

التحلل الضوئي في الكائنات الحية

تحلل الماء ليس شيئًا يحدث تلقائيًا. أي أن ضوء الشمس لا يكسر روابط الهيدروجين بالأكسجين لمجرد ذلك. إن التحلل الضوئي للماء ليس شيئًا يحدث ببساطة ، إنه يتم. وكذلك الكائنات الحية القادرة على القيام بعملية التمثيل الضوئي.

لتنفيذ هذه العملية ، تلجأ الكائنات الضوئية إلى ردود الفعل المزعومة لضوء التمثيل الضوئي. ولتحقيق ذلك ، يستخدمون الجزيئات البيولوجية بوضوح ، وأهمها الكلوروفيل P680.

في ما يسمى Hill Reaction ، تسمح العديد من سلاسل نقل الإلكترون بالأكسجين الجزيئي ، والطاقة في شكل ATP ، وتقليل الطاقة في شكل NADPH التي يمكن الحصول عليها من التحلل الضوئي للماء..

سيتم استخدام المنتجين الأخيرين من هذه المرحلة المضيئة في المرحلة المظلمة من التمثيل الضوئي (أو دورة كالفن) لاستيعاب CO₂ وإنتاج الكربوهيدرات (السكريات).

Photosystems الأول والثاني

تسمى سلاسل النقل هذه بالأنظمة الضوئية (I و II) ومكوناتها موجودة في البلاستيدات الخضراء. كل واحد منهم يستخدم أصباغ مختلفة ، ويمتص الضوء بأطوال موجية مختلفة.

ومع ذلك ، فإن العنصر المركزي للمجموعة بأكملها هو مركز جمع الضوء الذي يتكون من نوعين من الكلوروفيل (أ و ب) ، والكاروتينات المختلفة وبروتين 26 كيلو دالتون.

ثم يتم نقل الفوتونات الملتقطة إلى مراكز التفاعل التي تحدث فيها التفاعلات التي تم ذكرها بالفعل.

الهيدروجين الجزيئي

هناك طريقة أخرى تستخدمها الكائنات الحية لتحلل الماء ، وتشمل توليد الهيدروجين الجزيئي (H₂). على الرغم من أن الكائنات الحية يمكن أن تنتج هيدروجينًا جزيئيًا بطرق أخرى (على سبيل المثال ، من خلال عمل إنزيم فورماتوهيدروجينولياسا البكتيري) ، فإن الإنتاج من الماء هو أحد أكثر أنواع الاقتصاد كفاءة وفعالية.

هذه عملية تظهر كخطوة إضافية لاحقًا أو مستقلة عن التحلل المائي للماء. في هذه الحالة ، تكون الكائنات القادرة على تنفيذ تفاعلات الضوء قادرة على فعل شيء إضافي.

استخدام ح⁺ (البروتونات) والبريد الإلكتروني (الإلكترونات) المستمدة من التحلل الضوئي للماء لإنشاء H₂ تم الإبلاغ عنها فقط في البكتيريا الزرقاء والطحالب الخضراء. في شكل غير مباشر ، وإنتاج H₂ بعد تحلل الماء وتوليد الكربوهيدرات.

يتم تنفيذه بواسطة كلا النوعين من الكائنات الحية. أما الشكل الآخر ، وهو التحلل الضوئي المباشر ، فهو أكثر إثارة للاهتمام ويتم تنفيذه فقط بواسطة الطحالب المجهرية. وهذا ينطوي على توجيه الإلكترونات المستمدة من تمزق الضوء من الماء من النظام الضوئي الثاني مباشرة إلى إنزيم إنتاج H.₂ (الفومارية).

هذا الانزيم ، ومع ذلك ، هو عرضة للغاية لوجود O₂. الإنتاج البيولوجي للهيدروجين الجزيئي عن طريق التحلل الضوئي للمياه هو مجال التحقيق النشط. يهدف إلى توفير بدائل رخيصة ونظيفة لتوليد الطاقة.

التحلل الضوئي غير البيولوجي

تدهور الأوزون بواسطة الأشعة فوق البنفسجية

واحد من أكثر التحاليل الضوئية غير البيولوجية والعفوية درسًا هو تدهور الأوزون بواسطة الأشعة فوق البنفسجية. يتكون الأوزون ، وهو الأكسجين الآزوتي ، من ثلاث ذرات للعنصر.

الأوزون موجود في مناطق مختلفة من الغلاف الجوي ، لكنه يتراكم في منطقة واحدة تسمى الأوزون. هذه المنطقة ذات التركيز العالي من الأوزون تحمي جميع أشكال الحياة من الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية.

على الرغم من أن ضوء الأشعة فوق البنفسجية يلعب دورًا مهمًا في توليد وتدهور الأوزون ، إلا أنه يمثل واحدة من أكثر الحالات رمزًا للانهيار الجزيئي بواسطة الطاقة الإشعاعية..

من ناحية ، يشير إلى أن الضوء المرئي ليس فقط قادرًا على توفير فوتونات نشطة للتحلل. بالإضافة إلى ذلك ، بالتزامن مع الأنشطة البيولوجية لتوليد الجزيء الحيوي ، يساهم في وجود وتنظيم دورة الأكسجين.

عمليات أخرى

التفكك الضوئي هو أيضا المصدر الرئيسي لتمزق الجزيئات في الفضاء بين النجوم. عمليات التحلل الضوئي الأخرى ، هذه المرة يتلاعب بها الكائن البشري ، لها أهمية صناعية وعلمية وتطبيقية أساسية.

التحلل الضوئي للمركبات البشرية المنشأ في المياه يحظى باهتمام متزايد. يحدد النشاط البشري أنه في العديد من المناسبات ، تنتهي في الماء بالمضادات الحيوية والمخدرات والمبيدات الحشرية والمركبات الأخرى ذات الأصل الصناعي..

طريقة واحدة لتدمير أو تقليل نشاط هذه المركبات على الأقل هي من خلال ردود الفعل التي تنطوي على استخدام الطاقة الضوئية لكسر روابط محددة من هذه الجزيئات.

في العلوم البيولوجية ، من الشائع جدًا العثور على مركبات ضوئية معقدة. بمجرد وجودها في الخلايا أو الأنسجة ، يتعرض بعضها لنوع من الإشعاع الضوئي لكسرها.

يؤدي هذا إلى ظهور مركب آخر يسمح لنا تتبعه أو اكتشافه بالإجابة على العديد من الأسئلة الأساسية.

في حالات أخرى ، فإن دراسة المركبات المشتقة من تفاعل التفكك الضوئي إلى جانب نظام الكشف يجعل من الممكن إجراء دراسات عالمية على تكوين العينات المعقدة.

مراجع

1. Brodbelt، J. S. (2014) مطياف الكتلة التفكك الضوئي: أدوات جديدة لوصف الجزيئات البيولوجية. مراجعات المجتمع الكيميائي ، 43: 2757-2783.
2. Cardona، T.، Shao، S.، Nixon، P. J. (2018) تعزيز التمثيل الضوئي في النباتات: تفاعلات الضوء. مقالات في الكيمياء الحيوية ، 13: 85-94.
3. أوي ، م. ، سوير ،. A. L.، Ross، I. L.، Hankamer، B. (2016) التحديات والفرص لإنتاج الهيدروجين من الطحالب الدقيقة. Plant Biotechnology Journal، 14: 1487-1499.
4. Shimizu، Y.، Boehm، H.، Yamaguchi، K.، Spatz، J.P.، Nakanishi، J. (2014) A Photoactivatable Nanopatterned Substrate for Analysing Collective Cell Migration Lactand with Precisionely Cell-Cellrix Matrix Ligand Interactions. PLoS ONE ، 9: e91875.
5. Yan، S.، Song، W. (2014) تحويل الصورة للمركبات النشطة صيدلانياً في البيئة المائية: مراجعة. العلوم البيئية. العمليات و ES ، 16: 697-720.