QUANG PHÂN LÀ GÌ? - SINH HỌC - 2026

Quang phân là một quá trình hóa học nhờ vào đó sự hấp thụ ánh sáng (năng lượng bức xạ) cho phép phân tử thành các thành phần nhỏ hơn. Đó là, ánh sáng cung cấp năng lượng cần thiết để phá vỡ một phân tử thành các phần thành phần của nó. Nó còn được biết đến với tên gọi phân hủy quang hoặc phân ly quang phân ly.

Ví dụ, quá trình quang phân của nước là điều cần thiết cho sự tồn tại của các dạng sống phức tạp trên hành tinh. Điều này được thực hiện bởi thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời. Sự phân hủy các phân tử nước (H ₂ O) tạo ra oxy phân tử (O ₂ ): hydro được sử dụng để lưu trữ năng lượng khử.

Nói một cách tổng quát, chúng ta có thể nói rằng phản ứng quang phân liên quan đến sự hấp thụ một photon. Điều này đến từ một năng lượng bức xạ có bước sóng khác nhau, và do đó, với lượng năng lượng khác nhau.

Một khi photon bị hấp thụ, hai điều có thể xảy ra. Ở một trong số chúng, phân tử hấp thụ năng lượng, hưng phấn và sau đó kết thúc thư giãn. Mặt khác, năng lượng đó cho phép phá vỡ một liên kết hóa học. Đây là quang phân.

Quá trình này có thể được kết hợp với sự hình thành các liên kết khác. Sự khác biệt giữa sự hấp thụ tạo ra những thay đổi đối với sự thay đổi không được gọi là năng suất lượng tử.

Nó đặc biệt đối với mỗi photon vì nó phụ thuộc vào nguồn phát năng lượng. Hiệu suất lượng tử được định nghĩa là số lượng phân tử chất phản ứng biến đổi trên mỗi photon được hấp thụ.

Quang phân trong sinh vật

Sự quang phân của nước không phải là điều gì đó xảy ra một cách tự phát. Đó là, ánh sáng mặt trời không phá vỡ liên kết hydro với oxy chỉ vì. Sự quang phân của nước không phải là chuyện cứ xảy ra là xong. Và các sinh vật sống có khả năng thực hiện quang hợp thì có.

Để thực hiện quá trình này, các sinh vật quang hợp sử dụng cái gọi là phản ứng ánh sáng của quá trình quang hợp. Và để đạt được điều này, họ rõ ràng sử dụng các phân tử sinh học, trong đó quan trọng nhất là chất diệp lục P680.

Trong cái gọi là Phản ứng Hill, một số chuỗi vận chuyển điện tử cho phép oxy phân tử, năng lượng ở dạng ATP, và năng lượng khử ở dạng NADPH thu được từ quá trình quang phân của nước.

Hai sản phẩm cuối cùng của pha sáng này sẽ được sử dụng trong pha tối của quá trình quang hợp (hay Chu trình Calvin) để đồng hóa CO ₂ và tạo ra carbohydrate (đường).

Hệ thống ảnh I và II

Các chuỗi vận chuyển này được gọi là hệ thống quang (I và II) và các thành phần của chúng nằm trong lục lạp. Mỗi người trong số họ sử dụng các sắc tố khác nhau, và chúng hấp thụ ánh sáng có bước sóng khác nhau.

Tuy nhiên, yếu tố trung tâm của toàn bộ tập đoàn là trung tâm thu ánh sáng được tạo thành từ hai loại diệp lục (a và b), các carotenoid khác nhau và một protein 26 kDa.

Các photon bị bắt sau đó được chuyển đến các trung tâm phản ứng, trong đó các phản ứng đã được đề cập diễn ra.

Hydro phân tử

Một cách khác mà các sinh vật đã sử dụng quá trình quang phân của nước là tạo ra hydro phân tử (H ₂ ). Mặc dù các sinh vật sống có thể sản xuất hydro phân tử theo những cách khác (ví dụ, bằng tác dụng của enzyme formatohydrogenolyase của vi khuẩn), sản xuất từ ​​nước là một trong những cách kinh tế và hiệu quả nhất.

Đây là một quá trình xuất hiện như một bước bổ sung sau hoặc không phụ thuộc vào quá trình thủy phân nước. Trong trường hợp này, các sinh vật có khả năng thực hiện các phản ứng ánh sáng có thể thực hiện một số việc bổ sung.

Việc sử dụng H ⁺ (proton) và e- (electron) có nguồn gốc từ quá trình quang phân của nước để tạo ra H ₂ mới chỉ được báo cáo ở vi khuẩn lam và tảo lục. Ở dạng gián tiếp, việc sản xuất H ₂ tiếp theo là quá trình quang phân nước và tạo ra cacbohydrat.

Nó được thực hiện bởi cả hai loại sinh vật. Theo cách khác, quang phân trực tiếp, thậm chí còn thú vị hơn và chỉ được thực hiện bởi vi tảo. Điều này liên quan đến việc chuyển kênh các điện tử có nguồn gốc từ hệ thống quang học II phá vỡ nước nhẹ trực tiếp đến enzyme sản xuất H ₂ (hydrogenase).

Tuy nhiên, enzym này rất nhạy cảm với sự hiện diện của O ₂ . Sản xuất sinh học của hydro phân tử bằng cách quang phân nước là một lĩnh vực đang được nghiên cứu tích cực. Nó nhằm cung cấp các giải pháp thay thế sản xuất năng lượng sạch và rẻ.

Quang phân không sinh học

Sự suy giảm tầng ôzôn bằng tia cực tím

Một trong những hiện tượng quang phân tự phát và phi sinh học được nghiên cứu nhiều nhất là sự phân hủy ôzôn bởi tia cực tím (UV). Ozone, một dạng azotrope của oxy, được tạo thành từ ba nguyên tử của nguyên tố.

Ôzôn có mặt ở nhiều khu vực khác nhau của khí quyển, nhưng nó tích tụ trong một khu vực mà chúng ta gọi là bầu khí quyển. Vùng có nồng độ ozone cao này bảo vệ mọi dạng sống khỏi tác hại của tia UV.

Mặc dù tia UV đóng một vai trò rất quan trọng trong cả quá trình tạo ra và suy giảm ozone, nhưng nó đại diện cho một trong những trường hợp tiêu biểu nhất về sự phân hủy phân tử bằng năng lượng bức xạ.

Một mặt, nó chỉ ra rằng không chỉ ánh sáng khả kiến ​​mới có khả năng cung cấp các photon hoạt động cho quá trình suy thoái. Hơn nữa, kết hợp với các hoạt động sinh học để tạo ra phân tử quan trọng, nó góp phần vào sự tồn tại và điều hòa chu trình oxy.

Các quy trình khác

Sự phân ly quang học cũng là nguồn chính của sự phân hủy các phân tử trong không gian giữa các vì sao. Các quá trình quang phân khác, lần này do con người thao tác, có tầm quan trọng về mặt công nghiệp, khoa học cơ bản và ứng dụng.

Sự phân hủy quang học của các hợp chất nhân tạo trong nước đang ngày càng được chú ý. Hoạt động của con người quyết định rằng trong nhiều trường hợp, thuốc kháng sinh, thuốc, thuốc trừ sâu và các hợp chất khác có nguồn gốc tổng hợp sẽ trôi vào nước.

Một cách để phá hủy hoặc ít nhất làm giảm hoạt động của các hợp chất này là thông qua các phản ứng liên quan đến việc sử dụng năng lượng ánh sáng để phá vỡ các liên kết cụ thể trong các phân tử đó.

Trong khoa học sinh học, việc tìm thấy các hợp chất phức tạp có hoạt tính quang là rất phổ biến. Sau khi hiện diện trong tế bào hoặc mô, một số trong số chúng phải chịu một số loại bức xạ ánh sáng để phá vỡ chúng.

Điều này tạo ra sự xuất hiện của một hợp chất khác mà việc theo dõi hoặc phát hiện cho phép trả lời vô số câu hỏi cơ bản.

Trong các trường hợp khác, việc nghiên cứu các hợp chất có nguồn gốc từ phản ứng phân ly quang kết hợp với hệ thống phát hiện có thể thực hiện các nghiên cứu thành phần toàn cầu của các mẫu phức tạp.

Người giới thiệu

1. Brodbelt, JS (2014) Khối phổ phân ly quang: Công cụ mới để xác định đặc tính của các phân tử sinh học. Các đánh giá của Hiệp hội Hóa học, 43: 2757-2783.
2. Cardona, T., Shao, S., Nixon, PJ (2018) Tăng cường quang hợp ở thực vật: phản ứng ánh sáng. Các bài luận về Hóa sinh, 13: 85-94.
3. Oey, M., Sawyer ,. AL, Ross, IL, Hankamer, B. (2016) Những thách thức và cơ hội sản xuất hydro từ vi tảo. Tạp chí Công nghệ Sinh học Thực vật, 14: 1487-1499.
4. Shimizu, Y., Boehm, H., Yamaguchi, K., Spatz, JP, Nakanishi, J. (2014) Một chất nền nano có thể phản chiếu để phân tích sự di chuyển của tế bào tập thể với sự tương tác phối hợp giữa tế bào và ma trận ngoại bào được điều chỉnh chính xác. PLoS ONE, 9: e91875.
5. Yan, S., Song, W. (2014) Sự biến đổi ảnh của các hợp chất dược dụng trong môi trường nước: đánh giá. Khoa học môi trường. Quá trình và tác động, 16: 697-720.