- Fotólise em coisas vivas
- Fotossistemas I e II
- Hidrogênio molecular
- Fotólise não biológica
- Degradação do ozônio pela luz ultravioleta
- Outros processos
- Referências
A fotólise é um processo químico em virtude do qual a absorção da luz (energia da radiação) permite a quebra de uma molécula em componentes menores. Ou seja, a luz fornece a energia necessária para quebrar uma molécula em suas partes componentes. Também é conhecido pelos nomes de fotodecomposição ou fotodissociação.
A fotólise da água, por exemplo, é essencial para a existência de formas de vida complexas no planeta. Isso é realizado por plantas que usam a luz solar. A quebra das moléculas de água (H 2 O) resulta em oxigênio molecular (O 2): o hidrogênio é usado para o armazenamento do poder redutor.
Em termos gerais, podemos dizer que as reações fotolíticas envolvem a absorção de um fóton. Isso vem de uma energia radiante de diferentes comprimentos de onda e, portanto, com diferentes quantidades de energia.
Depois que o fóton é absorvido, duas coisas podem acontecer. Em um deles, a molécula absorve energia, fica excitada e acaba relaxando. Na outra, essa energia permite a quebra de uma ligação química. Isso é fotólise.
Este processo pode ser acoplado à formação de outras ligações. A diferença entre uma absorção que gera mudanças e outra que não é chamada de rendimento quântico.
É particular para cada fóton porque depende da fonte de emissão de energia. O rendimento quântico é definido como o número de moléculas reagentes modificadas por fóton absorvido.
Fotólise em coisas vivas
A fotólise da água não é algo que acontece espontaneamente. Ou seja, a luz do sol não quebra as ligações de hidrogênio com o oxigênio apenas porque. A fotólise da água não é algo que simplesmente acontece, é feito. E os organismos vivos que são capazes de realizar a fotossíntese fazem.
Para realizar esse processo, os organismos fotossintéticos recorrem às chamadas reações luminosas da fotossíntese. E para conseguir isso, eles obviamente usam moléculas biológicas, a mais importante das quais é a clorofila P680.
Na chamada Reação de Hill, várias cadeias de transporte de elétrons permitem que o oxigênio molecular, a energia na forma de ATP e a potência redutora na forma de NADPH sejam obtidas a partir da fotólise da água.
Os dois últimos produtos desta fase clara serão usados na fase escura da fotossíntese (ou Ciclo de Calvin) para assimilar o CO 2 e produzir carboidratos (açúcares).
Fotossistemas I e II
Essas cadeias de transporte são chamadas de fotossistemas (I e II) e seus componentes estão localizados nos cloroplastos. Cada um deles usa pigmentos diferentes e absorvem luz de diferentes comprimentos de onda.
O elemento central de todo o conglomerado, entretanto, é o centro coletor de luz composto por dois tipos de clorofila (aeb), diferentes carotenóides e uma proteína de 26 kDa.
Os fótons capturados são então transferidos para os centros de reação onde ocorrem as reações já mencionadas.
Hidrogênio molecular
Outra maneira que os seres vivos usaram a fotólise da água envolve a geração de hidrogênio molecular (H 2). Embora seres vivos possam produzir hidrogênio molecular de outras maneiras (por exemplo, pela ação da enzima bacteriana formatohidrogenolíase), a produção a partir de água é uma das mais econômicas e eficientes.
Este é um processo que surge como uma etapa adicional após ou independente da hidrólise da água. Nesse caso, organismos capazes de realizar as reações de luz são capazes de fazer algo adicional.
O uso de H + (prótons) e e- (elétrons) derivados da fotólise da água para criar H 2 foi relatado apenas em cianobactérias e algas verdes. Na forma indireta, a produção de H 2 é posterior à fotólise da água e à geração de carboidratos.
É realizado por ambos os tipos de organismos. A outra forma, a fotólise direta, é ainda mais interessante e só é realizada por microalgas. Isso envolve a canalização dos elétrons derivados da quebra da água do fotossistema II diretamente para a enzima que produz H 2 (hidrogenase).
Essa enzima, entretanto, é altamente suscetível à presença de O 2. A produção biológica de hidrogênio molecular por fotólise da água é uma área de pesquisa ativa. Tem como objetivo fornecer alternativas de geração de energia limpa e barata.
Fotólise não biológica
Degradação do ozônio pela luz ultravioleta
Uma das fotólises não biológicas e espontâneas mais estudadas é a da degradação do ozônio pela luz ultravioleta (UV). O ozônio, um azótropo do oxigênio, é formado por três átomos do elemento.
O ozônio está presente em várias áreas da atmosfera, mas se acumula em uma que chamamos de ozonosfera. Esta zona de alta concentração de ozônio protege todas as formas de vida dos efeitos nocivos da luz ultravioleta.
Embora a luz ultravioleta desempenhe um papel muito importante tanto na geração quanto na degradação do ozônio, ela representa um dos casos mais emblemáticos de degradação molecular por energia radiante.
Por um lado, indica que não apenas a luz visível é capaz de fornecer fótons ativos para degradação. Além disso, em conjunto com as atividades biológicas para a geração da molécula vital, contribui para a existência e regulação do ciclo do oxigênio.
Outros processos
A fotodissociação também é a principal fonte de quebra de moléculas no espaço interestelar. Outros processos de fotólise, desta vez manipulados por humanos, têm importância industrial, científica básica e aplicada.
A fotodegradação de compostos antrópicos na água está recebendo cada vez mais atenção. A atividade humana determina que muitas vezes antibióticos, medicamentos, pesticidas e outros compostos de origem sintética acabem na água.
Uma forma de destruir ou pelo menos diminuir a atividade desses compostos é por meio de reações que envolvem o uso de energia da luz para quebrar ligações específicas nessas moléculas.
Nas ciências biológicas é muito comum encontrar compostos fotorreativos complexos. Uma vez presentes em células ou tecidos, alguns deles são submetidos a algum tipo de radiação de luz para quebrá-los.
Isso gera o aparecimento de outro composto cujo monitoramento ou detecção permite responder a uma infinidade de perguntas básicas.
Em outros casos, o estudo de compostos derivados de uma reação de fotodissociação acoplada a um sistema de detecção permite realizar estudos de composição global de amostras complexas.
Referências
- Brodbelt, JS (2014) Espectrometria de massa de fotodissociação: Novas ferramentas para caracterização de moléculas biológicas. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
- Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Enhancing photosynthesis in plants: the light responses. Essays in Biochemistry, 13: 85-94.
- Oey, M., Sawyer,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Desafios e oportunidades para a produção de hidrogênio a partir de microalgas. Plant Biotechnology Journal, 14: 1487-1499.
- Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) A Photoactivatable Nanopatterned Substrate for Analyzing Collective Cell Migration with Precisely Tuned Cell-Extracellular Matrix Ligand Interactions. PLoS ONE, 9: e91875.
- Yan, S., Song, W. (2014) Foto-transformação de compostos farmaceuticamente ativos no ambiente aquoso: uma revisão. Ciência ambiental. Processos e impactos, 16: 697-720.