- Photolyse chez les êtres vivants
- Photosystèmes I et II
- Hydrogène moléculaire
- Photolyse non biologique
- Dégradation de l'ozone par la lumière ultraviolette
- Autres processus
- Références
La photolyse est un processus chimique grâce auquel l'absorption de la lumière (énergie de rayonnement) permet la décomposition d'une molécule en composants plus petits. Autrement dit, la lumière fournit l'énergie nécessaire pour briser une molécule en ses composants. Il est également connu sous les noms de photodécomposition ou photodissociation.
La photolyse de l'eau, par exemple, est essentielle à l'existence de formes de vie complexes sur la planète. Ceci est réalisé par les plantes utilisant la lumière du soleil. La décomposition des molécules d'eau (H 2 O) se traduit par de l'oxygène moléculaire (O 2): l'hydrogène est utilisé pour le stockage du pouvoir réducteur.
De manière générale, on peut dire que les réactions photolytiques impliquent l'absorption d'un photon. Cela provient d'une énergie radiante de différentes longueurs d'onde, et donc, avec différentes quantités d'énergie.
Une fois le photon absorbé, deux choses peuvent se produire. Dans l'un d'entre eux, la molécule absorbe de l'énergie, s'excite et finit par se détendre. Dans l'autre, cette énergie permet la rupture d'une liaison chimique. C'est la photolyse.
Ce processus peut être couplé à la formation d'autres liaisons. La différence entre une absorption qui génère des changements à une qui n'est pas appelée rendement quantique.
Elle est particulière à chaque photon car elle dépend de la source d'émission d'énergie. Le rendement quantique est défini comme le nombre de molécules de réactif modifiées par photon absorbé.
Photolyse chez les êtres vivants
La photolyse de l'eau n'est pas quelque chose qui se produit spontanément. Autrement dit, la lumière du soleil ne rompt pas les liaisons hydrogène avec l'oxygène simplement parce que. La photolyse de l'eau n'est pas quelque chose qui se produit simplement, c'est fait. Et les organismes vivants capables de réaliser la photosynthèse le font.
Pour mener à bien ce processus, les organismes photosynthétiques ont recours aux réactions dites lumineuses de la photosynthèse. Et pour y parvenir, ils utilisent évidemment des molécules biologiques, dont la plus importante est la chlorophylle P680.
Dans la réaction dite de Hill, plusieurs chaînes de transport d'électrons permettent d'obtenir de l'oxygène moléculaire, de l'énergie sous forme d'ATP et du pouvoir réducteur sous forme de NADPH à partir de la photolyse de l'eau.
Les deux derniers produits de cette phase légère seront utilisés dans la phase sombre de la photosynthèse (ou cycle de Calvin) pour assimiler le CO 2 et produire des glucides (sucres).
Photosystèmes I et II
Ces chaînes de transport sont appelées photosystèmes (I et II) et leurs composants sont situés dans les chloroplastes. Chacun d'eux utilise différents pigments et absorbe la lumière de différentes longueurs d'onde.
L'élément central de l'ensemble du conglomérat, cependant, est le centre de collecte de lumière composé de deux types de chlorophylle (a et b), différents caroténoïdes et une protéine de 26 kDa.
Les photons capturés sont ensuite transférés vers les centres de réaction dans lesquels se déroulent les réactions déjà mentionnées.
Hydrogène moléculaire
Une autre façon dont les êtres vivants ont utilisé la photolyse de l'eau implique la génération d'hydrogène moléculaire (H 2). Bien que les êtres vivants puissent produire de l'hydrogène moléculaire par d'autres moyens (par exemple, par l'action de l'enzyme bactérienne formatohydrogénolyase), la production à partir d'eau est l'une des plus économiques et des plus efficaces.
Il s'agit d'un procédé qui apparaît comme une étape supplémentaire après ou indépendante de l'hydrolyse de l'eau. Dans ce cas, les organismes capables de réaliser les réactions lumineuses sont capables de faire quelque chose de plus.
L'utilisation de H + (protons) et e- (électrons) dérivés de la photolyse de l'eau pour créer H 2 n'a été signalée que chez les cyanobactéries et les algues vertes. Sous forme indirecte, la production de H 2 se produit après la photolyse de l'eau et la génération de glucides.
Elle est réalisée par les deux types d'organismes. L'autre voie, la photolyse directe, est encore plus intéressante et n'est réalisée que par des microalgues. Cela implique la canalisation des électrons dérivés de la dégradation par la lumière de l'eau du photosystème II directement vers l'enzyme qui produit H 2 (hydrogénase).
Cette enzyme est cependant très sensible à la présence d'O 2. La production biologique d'hydrogène moléculaire par photolyse de l'eau est un domaine de recherche active. Il vise à fournir des alternatives de production d'énergie propre et bon marché.
Photolyse non biologique
Dégradation de l'ozone par la lumière ultraviolette
L'une des photolyse non biologique et spontanée les plus étudiées est celle de la dégradation de l'ozone par la lumière ultraviolette (UV). L'ozone, un azotrope de l'oxygène, est composé de trois atomes de l'élément.
L'ozone est présent dans diverses zones de l'atmosphère, mais il s'accumule dans une que nous appelons l'ozonosphère. Cette zone à forte concentration d'ozone protège toutes les formes de vie des effets néfastes des rayons UV.
Bien que la lumière UV joue un rôle très important à la fois dans la génération et la dégradation de l'ozone, elle représente l'un des cas les plus emblématiques de dégradation moléculaire par l'énergie radiante.
D'une part, cela indique que non seulement la lumière visible est capable de fournir des photons actifs pour la dégradation. De plus, en conjonction avec les activités biologiques pour la génération de la molécule vitale, il contribue à l'existence et à la régulation du cycle de l'oxygène.
Autres processus
La photodissociation est également la principale source de dégradation des molécules dans l'espace interstellaire. D'autres procédés de photolyse, cette fois manipulés par l'homme, ont une importance industrielle, scientifique fondamentale et appliquée.
La photodégradation des composés anthropiques dans l'eau fait l'objet d'une attention croissante. L'activité humaine détermine que dans de nombreuses occasions, des antibiotiques, des médicaments, des pesticides et d'autres composés d'origine synthétique se retrouvent dans l'eau.
Une façon de détruire ou au moins de diminuer l'activité de ces composés consiste à utiliser des réactions qui impliquent l'utilisation d'énergie lumineuse pour rompre des liaisons spécifiques dans ces molécules.
Dans les sciences biologiques, il est très courant de trouver des composés photoréactifs complexes. Une fois présentes dans les cellules ou les tissus, certaines d'entre elles sont soumises à un certain type de rayonnement lumineux pour les décomposer.
Cela génère l'apparition d'un autre composé dont la surveillance ou la détection permet de répondre à une multitude de questions de base.
Dans d'autres cas, l'étude de composés issus d'une réaction de photodissociation couplée à un système de détection permet de réaliser des études de composition globale d'échantillons complexes.
Références
- Brodbelt, JS (2014) Spectrométrie de masse par photodissociation: Nouveaux outils pour la caractérisation de molécules biologiques. Chemical Society Reviews, 43: 2757-2783.
- Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Amélioration de la photosynthèse chez les plantes: les réactions lumineuses. Essays in Biochemistry, 13: 85-94.
- Oey, M., Sawyer,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Défis et opportunités pour la production d'hydrogène à partir de microalgues. Journal de biotechnologie végétale, 14: 1487-1499.
- Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) A photoactivatable Nanopatterned Substrate for Analyzing Collective Cell Migration with Precually Tuned Cell-Extracellular Matrix Ligand Interactions. PLoS ONE, 9: e91875.
- Yan, S., Song, W. (2014) Photo-transformation de composés pharmaceutiquement actifs en milieu aqueux: une revue. Science environnementale. Processus et impacts, 16: 697-720.