ما هو التحلل الضوئي؟
التحلل الضوئي هو عملية كيميائية يسمح لها امتصاص الضوء (طاقة مشعة) بتمزق 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. يؤدي انهيار جزيئات الماء (H 2 O) إلى الأكسجين الجزيئي (O 2 ): يتم استخدام 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 هذه 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 الأداء الكمومي.
إنه خاص بكل فوتون لأنه يعتمد على مصدر انبعاث الطاقة. يتم تعريف العائد الكمومي على أنه عدد الجزيئات المتفاعلة المعدلة لكل فوتون ممتص.
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 ، من الواضح أنها تستخدم الجزيئات البيولوجية ، 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 عملية التمثيل الضوئي (أو دورة كالفين) لاستيعاب ثاني أكسيد الكربون 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 سبق ذكرها.
الهيدروجين الجزيئي
هناك طريقة أخرى تستخدم بها الكائنات الحية لتحلل ضوئي للماء ، وهي توليد الهيدروجين الجزيئي (H 2 ). على الرغم من أن الكائنات الحية يمكن أن تنتج هيدروجينًا جزيئيًا بطرق أخرى (على سبيل المثال ، بواسطة إنزيم فورماتوهيدروجينولياز البكتيري) ، فإن الإنتاج من الماء هو أحد أكثرها اقتصادا 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.
لم يتم الإبلاغ عن استخدام H + (البروتونات) والإلكترون) المشتقة من التحلل الضوئي للماء لإنشاء H2 إلا في البكتيريا الزرقاء والطحالب الخضراء. في الشكل غير المباشر ، ينتج إنتاج H2 بعد التحلل الضوئي للماء وتوليد الكربوهيدرات.
يتم تنفيذه من قبل كلا النوعين من الكائنات الحية. أما الشكل الآخر ، وهو التحلل الضوئي المباشر ، فهو أكثر إثارة للاهتمام ويتم تنفيذه فقط بواسطة الطحالب المجهرية. يتضمن هذا توجيه الإلكترونات المستمدة من تمزق ضوء الماء من النظام الضوئي الثاني مباشرة إلى الإنزيم الذي ينتج H2 (هيدروجينيز).
هذا الإنزيم ، ومع ذلك ، هو عرضة للغاية لوجود O 2 . 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
أحد 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 واحد يسمى 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 ، جنبا إلى جنب مع الأنشطة البيولوجية لتوليد الجزيء الحيوي ، فإنه يسهم 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 الإنسان ، لها أهمية علمية صناعية وأساسية وتطبيقية.
يحظى التحلل الضوئي للمركبات البشرية في المياه باهتمام متزايد. يحدد النشاط البشري أنه في كثير من الحالات ، تنتهي المضادات الحيوية والعقاقير والمبيدات الحشرية والمركبات الأخرى ذات الأصل الصناعي في الماء.
طريقة واحدة لتدمير أو على الأقل تقليل نشاط هذه المركبات 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 المستمدة من تفاعل التفكك الضوئي إلى جانب نظام الكشف تجعل من الممكن إجراء دراسات عالمية على تكوين العينات المعقدة.
