Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Chemia koloru cz.11 Fotosynteza i sztuczna fotosynteza Daniel T. Gryko.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Chemia koloru cz.11 Fotosynteza i sztuczna fotosynteza Daniel T. Gryko."— Zapis prezentacji:

1 Chemia koloru cz.11 Fotosynteza i sztuczna fotosynteza Daniel T. Gryko

2 Plan wykładu Transfer energii i elektronów Fotosynteza Tzw. sztuczna fotosynteza

3 Transfer elektronu

4 Redukcyjny A* + D A- + D+ D* + A D+ + A- Oksydatywny

5 Transfer elektronu Donor elektronu Łatwo się utlenia Porfiryny Akceptor elektronu Łatwo się redukuje Chinony, imidy aromatyczne, fulleren

6 Co to jest transfer energii? D* + A A* + D fotouczulanie

7 Co to jest transfer energii? Transfer energii Dexter Przez wiązanie 1.Krótki zakres < 10 Ǻ 2.Int. zmniejsza się ekspotencjalnie z odl. 3.Nakładanie się orbitali Förster Przez przestrzeń 1.Kulombowskie oddziaływanie dipol-dipol 2.Nakładanie się em. donora i abs. akceptora 3.Momenty przejść Co jest kluczowe: 1.Łącznik (sztywność) 2.Sprzężenie Co jest kluczowe: 1.Nakładanie się 2.Momenty przejść

8 Według Förstera Wavelength Absorbance DONOR Absorbance Fluorescence ACCEPTOR Molecule 1Molecule 2 Jest największy gdy momenty przejść elektronowych donora i akceptora są równoległe a zanika gdy są prostopadłe

9 Transfer energii cd Transfer energii musi być szybki by współzawodniczyć z IC, ISC, fl. etc. Jeżeli obserwuje się, że transfer energii jest szybszy niż wg przewidywań mechanizmu Förstera, to oznacza to, że musi iść przez wiązanie (mech. Dextera)

10 Fotosynteza Fotosynteza to bardzo ważny proces biochemiczny, który przebiega w organizmach roślin, jednokomórkowych glonów, sinic i niektórych bakterii. W procesie tym, prosty cukier - glukoza, syntetyzowany jest z wody i dwutlenku węgla, dzięki energii słonecznej. Dodatkowo wydziela się tlen. 6 CO H 2 O + C 6 H 12 O 6 (glukoza) + 6 O 2 (tlen) G o = 679 kcal/mol (K eq = ) fotony światła

11 Fotosynteza Faza jasna W błonach tylakoidów (wewnątrz chloroplastów) Fotosystem I i fotosystem II Faza ciemna Używa energii nagromadzonej w fazie jasnej do przekształcenia CO 2 w glukozę W stromie Cykl Calvina

12 Chloroplasty Membrana zewnętrzna Macierz tylakoidu Membrana wewnętrzna stroma Membrana tylakoidu

13 Faza jasna Fotosystem II 2 H 2 O + fotony światła 4 H elektrony + O 2 (tlen) Jony wodoru pompowane są do wnętrza tylakoidów, dzięki czemu tworzy się gradient ich stężenia. Wykorzystywany on jest do napędzania produkcji ATP - związku niosącego dużo energii chemicznej. Fotosystem I 2 H elektrony + 2 NADP + 2 NADPH Sumarycznie 2 H 2 O + 2 NADP + + fotony światła 2 H NADPH + O 2 (tlen) 3ATP

14 Faza ciemna Zlokalizowana jest w tzw. stromie, czyli macierzy wypełniającej chloroplasty. 6 CO NADPH + 12 H ATP C 6 H 12 O 6 (glukoza) + 6 H 2 O + 12 NADP + Faza jasna x 6:12 H 2 O + 12 NADP+ + fotony światła 12 H NADPH + 6 O 2 Dodajemy stronami oba równania...

15 Absorpcja barwników fotosynt.

16 Budowa centrum fotosyntetycznego LH-2 z Rhodospirillium molischianum –Dwa pierścienie o symetrii ośmiokrotnej (jednostki α w pierścieniu wewnętrznym i jednostki β w pierścieniu zewnętrznym) –32 cząsteczki barwników pomiędzy pierścieniami (24 bakteriochlorofile a i 8 cząsteczek likopenu)

17 Antena Jest około 300 chlorofili w centrum reakcji fotosyntezy Funkcją większości jest absorpcja światła Działają jak antena - LIGHT-HARVESTING COMPLEXES (LHCs) Energia wzbudzenia jest przenoszona do centrum – efektywność tego procesu >90%

18 Jak działa antena?

19 Po co nam antena? Powierzchnia wyłapująca fotony powiększa się Szerszy zakres promieniowania słonecznego może być zużytkowany do pracy Centrum reakcji może działać częściej

20 Co się dzieje dalej? Wzbudzony elektron jest przenoszony do centrum reakcji fotosyntezy (specjalna para chlorofili lub bakteriochlorofili) Światło wzbudza elektrony w chlorofilu a (fotosystem II, r-cja utleniania, traci elektron) Po przeniesieniu elektronu chlorofil jest redukowany do kationo- rodnika (powraca on do stanu podstawowego poprzez utlenianie innej cząsteczki) Elektrony są akceptowane przez pierwszy akceptor elektronu (redukcja) Elektrony są następnie przemieszczane wzdłuż układu zwanego electron transport chain Wielostopniowy transfer elektronu na chinon B

21 Schemat fazy jasnej

22 Diagram Z Diagram prezentujący relacje energetyczne w fazie jasnej Elektrony płyną od wysokich do niskich potencjałów redukcji

23 Rezultat drogi niecyklicznej 4 Elektrony z wody są przeniesione do 2 NADP + wyprodukować 2 NADPH Tworzy się gradient H + (TRANSMEMBRANE) –12 H + przemieszczonych do THYLAKOID LUMEN –Wystarczą do syntezy 3 cząsteczek ATP Ważne: PS I bierze udział w tworzeniu gradientu protonów ponieważ 2 H + są używane za każdym razem gdy NADP + jest redukowane do NADPH Tworzą się 2 cząsteczki O 2 Absorbowanych jest 8 fotonów

24 Transfer elektronów i energii

25 1.Próbkę naświetlamy światłem o długości fali 560 nm, wzbudzamy P Zn 2.Mierzymy fluorescencje układu względem wzorców, czas zaniku fluorescencji, wydajność kwantową 3.Za pomocą transient absorption techniques i EPR stwierdzamy obecność transferu elektronów

26 Transfer elektronów i energii Parametry opisujący układ fotoaktywny: -czas życia t cząsteczki w każdym ze stanów (pomiar zaniku fluorescencji) -energia przejścia (z widm absorpcyjnych i fluorescencyjnych, cykliczna woltamperometria) -szybkość przejścia k (zależności kinetyczne) -wydajność kwantowa Q t = ps k = 2,5*10 8 s -1 Q = 0,77

27 Dlaczego porfiryny? Łatwa modularna synteza Właściwości mogą być zmieniane systematycznie Dobre właściwości spektroskopowe i fotofizyczne (np.. porfiryny jako Fb (10 ns) i kompleksy z Mg i Zn – długo żyjące stany S 1 oraz wysoka wyd. kwant. fluorescencji) Lepszy akceptor (elektronu) Lepszy donor (elektronu)

28 Czego szukamy w eT? Szybkość - duża (silne oddziaływanie pomiędzy chromoforami + odpowiednie potencjały redukcji) Wydajność kwantowa - wysoka Długi czas rekombinacji ładunków

29 Triady

30 Triad – transfer elektronów D A A

31 D A A Trzy istotne parametry: 1.Czas życia stanu o rozdzielonych ładunkach. 2.Wydajność stanu o rozdzielonych ładunkach 3.Wydajność przekształcenia energii

32 Co dalej? Rozdzielenie ładunków (200 ps – 5 ns) ale bardzo szybka rekombinacja ładunków Rozwiązanie: kaskada transferów elektronu Rozdzielenie ładunków dalekiego zasięgu Cena: bardzo skomplikowana synteza oraz obniżenie energii

33 Sztuczna fotosynteza


Pobierz ppt "Chemia koloru cz.11 Fotosynteza i sztuczna fotosynteza Daniel T. Gryko."

Podobne prezentacje


Reklamy Google