Redigerer Fotolyse

'''Fotolyse''', '''fotodissosiasjon''' eller '''fotodesammensetning''' er en type [[kjemisk reaksjon]] der en [[kjemisk binding]] brytes ned av [[Foton|fotoner]].<ref>{{Kilde bok|url=https://www.worldcat.org/oclc/1090615415|tittel=A dictionary of plant sciences|dato=2019|isbn=978-0-19-187166-5|utgave=Fourth edition|utgivelsessted=[Oxford]|oclc=1090615415|sitat=photodissociation: The splitting of a molecule into atoms or other molecules as a result of its absorption of radiation.}}</ref>  Det er definert som samspillet mellom en eller flere fotoner med ett målmolekyl. Fotodissosiasjon er ikke begrenset til [[synlig lys]]. Enhver foton med tilstrekkelig [[energi]] kan påvirke de kjemiske bindingene til en kjemisk forbindelse. Siden et fotons energi er omvendt proporsjonal med [[Bølgelengde|bølgelengden]], er [[elektromagnetiske bølger]] med energien til synlig lys eller høyere, slik som [[ultrafiolett lys]], [[røntgenstråler]] og [[gammastråler]] vanligvis involvert i slike reaksjoner.

== Fotolyse i fotosyntese ==
Fotolyse er en del av den lysavhengige reaksjonen eller lysfasen eller fotokjemiske fasen av [[fotosyntese]]. Den generelle reaksjonen av fotosyntetisk fotolyse kan gis som:<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Why is chlorophyll b only used in light-harvesting systems?|publikasjon=Journal of Plant Research|doi=10.1007/s10265-018-1052-7|url=http://link.springer.com/10.1007/s10265-018-1052-7|dato=November 2018|fornavn=Atsushi|etternavn=Kume|etternavn2=Akitsu|fornavn2=Tomoko|etternavn3=Nasahara|fornavn3=Kenlo Nishida|serie=6|språk=en|bind=131|sider=961–972|issn=0918-9440|pmc=|pmid=29992395|besøksdato=2021-04-18}}</ref>

<chem>H2A + 2 fotoner -> 2e- + 2H+ + A</chem>

Den kjemiske naturen til "A" avhenger av hvilken type organisme. I lilla svovelbakterier oksideres [[hydrogensulfid]] (H<sub>2</sub>S) til [[svovel]] (S). I oksigenisk fotosyntese fungerer [[vann]] (H<sub>2</sub>O) som et [[Substrat (biologi)|substrat]] for fotolyse, noe som resulterer i generering av [[oksygengass]] (O<sub>2</sub>). Dette er prosessen som returnerer oksygen til [[jordens atmosfære]]. Fotolyse av vann forekommer i tylakoider av [[cyanobakterier]] og [[Kloroplast|kloroplaster]] av grønne alger og planter. 

=== Energioverføringsmodeller ===
Den konvensjonelle, semi-klassiske modellen beskriver den fotosyntetiske energioverføringsprosessen der en eksitasjonsenergi hopper fra lysfangende pigmentmolekyler til reaksjonsmolekyler trinn for trinn nedover molekylenergistigen.<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Understanding photosynthetic light-harvesting: a bottom up theoretical approach|publikasjon=Phys. Chem. Chem. Phys.|doi=10.1039/C3CP43439G|url=http://xlink.rsc.org/?DOI=C3CP43439G|dato=2013|fornavn=Thomas|etternavn=Renger|etternavn2=Müh|fornavn2=Frank|serie=10|språk=en|bind=15|sider=3348–3371|issn=1463-9076|besøksdato=2021-04-18}}</ref> 

Effektiviteten til fotoner med forskjellige bølgelengder avhenger av absorpsjonsspektrene til fotosyntetiske pigmenter i organismen. [[Klorofyll]] absorberer lys i de fiolettblå og røde delene av spekteret, mens tilbehørspigmenter også fanger opp andre bølgelengder. [[Fykobiliner]] av røde alger absorberer blågrønt lys som trenger dypere inn i vann enn rødt lys, slik at de kan fotosyntetisere på dypt vann. Hver absorberte foton forårsaker dannelsen av et eksiton (et elektron som er eksitert til en høyere energitilstand) i pigmentmolekylet. Eksitonets energi overføres til et klorofyllmolekyl (P680, hvor P står for pigment og 680 for dets absorpsjonsmaksimum som er ved 680 nm) i reaksjonssenteret til fotosystem II via resonansenergioverføring. P680 kan også absorbere et foton direkte med en passende bølgelengde.<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Bioelectrochemical Systems as a Multipurpose Biosensing Tool: Present Perspective and Future Outlook|publikasjon=ChemElectroChem|doi=10.1002/celc.201600507|url=http://doi.wiley.com/10.1002/celc.201600507|dato=April 2017|fornavn=Matteo|etternavn=Grattieri|etternavn2=Hasan|fornavn2=Kamrul|etternavn3=Minteer|fornavn3=Shelley D.|serie=4|språk=en|bind=4|sider=834–842|besøksdato=2021-04-18}}</ref> 

Fotolyse under fotosyntese forekommer i en serie med lysdrevne oksidasjonsreaksjoner. Det aktiverte elektronet (eksiton) av P680 fanges opp av en primær elektronakseptor av den fotosyntetiske [[elektrontransportkjede]] og går dermed ut av fotosystem II. For å gjenta reaksjonen, må elektronet i reaksjonssenteret fylles på. Dette skjer ved oksidasjon av vann i tilfelle oksigenisk fotosyntese. Det elektronmanglende reaksjonssenteret til fotosystem II (P680 *) er det sterkeste biologiske oksidasjonsmiddelet som hittil er oppdaget, noe som gjør det mulig å spalte molekyler som er like stabile som vann.<ref>{{Kilde bok|url=https://www.worldcat.org/oclc/57368924|tittel=Biology|etternavn=Campbell|fornavn=Neil A.|dato=2005|utgiver=Pearson, Benjamin Cummings|isbn=0-8053-7171-0|utgave=7th ed|utgivelsessted=San Francisco|sider=186-191|oclc=57368924}}</ref>

Vanndelingsreaksjonen katalyseres av det oksygenutviklende komplekset av fotosystem II. Dette proteinbundne uorganiske komplekset inneholder fire manganioner, pluss kalsium- og kloridioner som [[Kofaktor|kofaktorer]]. To vannmolekyler er kompleksbundet av manganklyngen, som deretter gjennomgår en serie på fire elektronfjernelser (oksidasjoner) for å fylle opp reaksjonssenteret til fotosystem II. På slutten av denne syklusen genereres fritt oksygen (O<sub>2</sub>) og hydrogenet fra vannmolekylene er omdannet til fire protoner frigjort i tylakoidlumen (Dolais S-tilstandsdiagrammer)<ref>{{Kilde artikkel|tittel=The impact of O 2 /Ar ratio on morphology and functional properties in reactive sputtering of metal oxide thin films|publikasjon=Nanotechnology|doi=10.1088/1361-6528/ab0837|url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6528/ab0837|dato=2019-06-07|fornavn=A|etternavn=Vahl|etternavn2=Dittmann|fornavn2=J|etternavn3=Jetter|fornavn3=J|etternavn4=Veziroglu|fornavn4=S|etternavn5=Shree|fornavn5=S|etternavn6=Ababii|fornavn6=N|etternavn7=Lupan|fornavn7=O|etternavn8=Aktas|fornavn8=O C|etternavn9=Strunskus|fornavn9=T|serie=23|bind=30|sider=235603|issn=0957-4484|besøksdato=2021-04-18}}</ref>

Disse protonene, i tillegg til ytterligere protoner pumpet over thylakoidmembranen kombinert med elektronoverføringskjeden, danner en protongradient over [[Membran|membranen]] som driver fotofosforylering og dermed generering av kjemisk energi i form av [[adenosintrifosfat]] (ATP). Elektronene når P700-reaksjonssenteret til fotosystem I hvor de får energi igjen av lys. De føres ned i en annen elektronoverføringskjede og kombineres til slutt med koenzymet NADP + og protoner utenfor tylakoidene for å danne NADPH. Dermed kan nettooksidasjonsreaksjonen til vannfotolyse skrives som:

<chem>2H2O + 2NADP+ + 8 fotoner -> 2NADPH + 2H+ + O_2</chem>

Den [[Gibbs fri energi|frie energiforandringen]] (ΔG) for denne reaksjonen er 102 kilokalorier per mol. Siden lysenergien ved 700 nm er omtrent 40 kilokalorier per mol fotoner, er omtrent 320 kilokalorier lysenergi tilgjengelig for reaksjonen. Derfor blir omtrent en tredjedel av tilgjengelig lysenergi fanget som NADPH under fotolyse og elektronoverføring. En lik mengde ATP genereres av den resulterende protongradienten. Oksygen som biprodukt er ikke til nytte for reaksjonen og frigjøres dermed i atmosfæren.<ref>{{Kilde bok|url=https://www.worldcat.org/oclc/56051064|tittel=Biology of plants|etternavn=Raven|fornavn=Peter H.|dato=2005|utgiver=W.H. Freeman and Co|isbn=0-7167-1007-2|utgave=7th ed|utgivelsessted=New York|sider=115-127|oclc=56051064}}</ref> 

== Fotoindusert protonoverføring ==
Fotosyrer er molekyler som ved lysabsorpsjon gjennomgår en protonoverføring for å danne fotobasen. 

<chem>AH ->[h\nu] A^- + H+</chem>

I disse reaksjonene oppstår dissosiasjonen i elektronisk eksitert tilstand. Etter protonoverføring og avslapning til den elektroniske grunntilstanden rekombineres protonet og syren for å danne fotosyren igjen.

Fotosyrer er en praktisk kilde for å indusere pH-hopp i ultraraske laserspektroskopieksperimenter. 

== Fotolyse i atmosfæren ==
Fotolyse skjer i atmosfæren som en del av en serie reaksjoner der primære [[Forurensning|forurensninger]] som [[Hydrokarbon|hydrokarboner]] og [[Nitrogenoksid|nitrogenoksider]] reagerer for å danne sekundære forurensninger som peroksysylnitrater. 

De to viktigste fotodissosieringsreaksjonene i [[troposfæren]] er:

<chem>O3 + h\nu -> O2 + O(^1 D)  </chem>      <chem>\lambda<320 nm</chem>

som genererer et eksitert oksygenatom som kan reagere med vann for å gi hydroksylradikalet: 

<chem>O(^1 D) {+} H2O -> 2^\cdot OH  </chem>

Hydroksylradikalet er sentralt i [[atmosfærisk kjemi]], da det starter oksidasjon av hydrokarboner i atmosfæren og fungerer som et [[vaskemiddel]].

En annen reaksjon er:

<chem>NO2 +h\nu -> NO + O   </chem>

er en nøkkelreaksjon i dannelsen av [[Bakkenær ozon|troposfærisk ozon]].

Dannelsen av [[ozonlaget]] er også forårsaket av fotodissosiasjon. Ozon i jordens [[Stratosfæren|stratosfære]] er skapt av ultrafiolett lys som slår oksygenmolekyler som inneholder to oksygenatomer (O<sub>2</sub>), og deler dem i individuelle oksygenatomer. Oksygenatomet kombineres deretter med ubrutt O<sub>2</sub> for å skape [[ozon]], O<sub>3</sub>. I tillegg er fotolyse prosessen der [[Klorfluorkarbon|CFC]] brytes ned i den øvre atmosfæren for å danne ozonødeleggende [[klor]] [[Frie radikaler|frie-radikaler]]. 

== Referanser ==
<references />
{{Autoritetsdata}}

[[Kategori:Kjemiske reaksjoner]]
[[Kategori:Fotosyntese]]
[[Kategori:Astrofysikk]]