Fotolyse

Unter einer Photolyse bzw. Fotolyse versteht man ganz allgemein die Spaltung eines Moleküls, ausgelöst durch die Bestrahlung mit Licht. Dabei wird durch die Stärke der zu lösenden chemischen Bindung bestimmt, welche Wellenlänge das eingestrahlte Licht maximal haben darf, um genug Energie aufbringen zu können, diese Bindung zu spalten. Für elektromagnetische Wellen gilt: Je niedriger die Wellenlänge ist, um so höher ist die Energie, die pro Photon/Energiequant übertragen werden kann.

Von besonderer Wichtigkeit ist die Spaltung von Wasser durch Licht. Sie erfolgt im Rahmen der Photosynthese. Die Besonderheit dieser Reaktion im Rahmen der Photosynthese ist, dass sie nicht durch die direkte Bestrahlung des Wassers ausgelöst wird (die Energie des sichtbaren Lichts ist für die Spaltung von Wasser zu niedrig), sondern innerhalb des sogenannten Wasserspaltungskomplexes abläuft, der Teil des Photosystems II ist. Mangan-Ionen scheinen darin eine entscheidende Rolle zu spielen. Ein manganstabilisierendes Protein schirmt einen Mangan-Cluster aus 4 Manganionen vom Thylakoid-Innenraum ab. Die Manganionen vermögen 4 Elektronen zu speichern, geben diese aber wieder ab und müssen sich durch die Wasserspaltung (genauer: durch Oxidation zweier Wasser-Moleküle) mit 4 neuen Elektronen versorgen. Vereinfacht geschieht bei der Photolyse folgendes:

$\mathrm{2\ H_2O\ \longrightarrow\ O_2\ + \ 4\ H^+ +\ 4\ e^-}$