152 ■ Proteus 86/3, 4 • November, december 2023 153Svetloba kot vir energije v fotoredoks kataliziranih reakcijah • KemijaKemija • Svetloba kot vir energije v fotoredoks kataliziranih reakcijah Svetloba kot vir energije v fotoredoks kataliziranih reakcijah Nejc Petek Za potek fotosinteze je potrebna svetloba. Kateri procesi pa se dejansko skrivajo za to pre- prosto izjavo? V prvem delu fotosinteze poteka fotoredoks kataliza, ki jo uporabljamo tudi v organski sintezi za razvoj novih načinov priprave organskih spojin (slika 1). V vseh zvrsteh kemije reakcijo največkrat povzročijo trki med molekulami. Za uspe- šen potek kemijske reakcije med organskimi molekulami in tvorbo novih vezi je potrebna dovolj visoka energija. Ta energija izvira iz hitrosti molekul pred trkom. Iz tega sledi, da je večja verjetnost, da bo do reakcije pri- šlo pri višji temperaturi, saj se takrat mo- lekule gibljejo hitreje. Trki med molekula- mi so pri višji temperaturi tudi pogostejši, zato s temperaturo hitrost reakcije narašča. Pri izvajanju reakcij v laboratoriju to običaj- no pomeni, da lahko reakcijo sprožimo ter pospešimo s segrevanjem reakcijske zmesi, saj s tem zvišamo toplotno energijo udele- ženih molekul. V opisanih procesih lahko nastopajo tudi druge kemijske zvrsti, kot so atomi, ioni ter radikali (Atkins, De Paula, 2010). Redoks reakcije so reakcije, pri katerih pri- de do izmenjave elektrona med dvema ke- mijskima zvrstema, s čimer se spremeni število njunih elektronov oziroma oksida- cijsko stanje. Za večino organskih molekul velja, da potrebujemo precej močan oksidant (prejemnik elektronov) ali reducent (vir ele- ktronov), da pride do izmenjave elektronov. Sposobnost molekul, da sprejmejo ali oddajo elektron, vrednotimo z redoks potencialom. Ko je redoks potencial reducenta nižji od redoks potenciala oksidanta, si lahko iz- menjata elektron, medtem ko v nasprotnem primeru do reakcije ne pride. Za fotoredoks reakcije je značilno, da se molekulam spre- meni redoks potencial ob absorpciji svetlobe tako, da veliko lažje sprejmejo ali oddajo elektron. To pomeni, da lahko molekule, ki so svetlobo absorbirale, reagirajo z drugimi molekulami, s katerimi prej izmenjava ele- ktrona ni bila možna (Romero, Nicewicz, 2016). Ko molekule absorbirajo svetlobo, preidejo iz osnovnega v vzbujeno stanje. V vzbuje- nem stanju vsebujejo več energije, ki so jo pridobile z absorpcijo svetlobe. Ta energija je neposredno povezana z energijo elektro- nov v molekuli. Molekule pa ne absorbirajo katere koli svetlobe, ampak le določen del, ki je odvisen od strukture molekule. Različ- ne barve svetlobe se namreč razlikujejo po svoji energiji. Tako ima nam nevidna ultra- vijolična svetloba zelo visoko energijo, sledi ji vijolična, modra, zelena, rumena, oranžna ter rdeča svetloba z vsemi odtenki vmes. Svetlobo z nižjo energijo od rdeče svetlo- be imenujemo infrardeče sevanje. Molekule lahko absorbirajo vidno svetlobo ali pa nam nevidno ultravijolično. Mnogo preprostih organskih molekul je brezbarvnih oziroma so bele barve, kar pomeni, da ne absorbirajo vidne svetlobe, temveč ultravijolično. Poleg tega večina molekul v vzbujenem stanju zelo hitro odda energijo, ki jo je prejela z absorp- cijo svetlobe, v obliki toplote (slika 2, a). S tem se vrnejo v osnovno stanje ter izgubijo energijo, potrebno za izmenjavo elektronov. Tej težavi se lahko izognemo z uporabo fo- toredoks katalizatorjev. Za tovrstne kata- lizatorje je na splošno značilno, da se med reakcijo vedno znova vračajo v svoje prvotno stanje in ostanejo po končani reakciji ne- spremenjeni. Za fotokatalizator si običajno izberemo spojine, ki po absorpciji svetlobe ostanejo v vzbujenem stanju dovolj časa, da izmenjajo elektron z eno izmed drugih mo- lekul v naši reakcijski zmesi. Fotokataliza- tor pri tem pridobi dodatni elektron ali pa izgubi enega izmed svojih, medtem ko se z molekulo, s katero je reagiral, zgodi ravno nasprotno (slika 2, b). Pri tem nastanejo ustrezni reaktivni intermediati (vmesni pro- dukti) (Romero, Nicewicz, 2016). Elektroni se v molekulah nahajajo v mole- kulskih orbitalah, kjer jih običajno najdemo v parih. Molekule, v katerih se v eni izmed orbital nahaja zgolj en elektron, imenujemo radikali. Običajno so bolj reaktivni od nera- dikalskih zvrsti ter lažje tvorijo vezi ali iz- menjujejo elektrone z drugimi molekulami. Radikali, ki smo jih tvorili s fotoredoks ka- talizatorjem, lahko tako reagirajo z drugimi reagenti v reakcijski zmesi vse do končnega produkta. Kaj pa se zgodi s katalizatorjem? Kot smo že omenili, se katalizator vrne v prvotno stanje, in sicer s ponovno izmenja- vo elektrona, pri tem katalizator pridobi iz- gubljeni elektron oziroma odda odvečnega. Molekula katalizatorja je tako pripravljena na ponovno absorpcijo svetlobe in reakcijo z novo molekulo reagenta. Ko se eden izmed reagentov popolnoma porabi, je reakcija končana. Ker je vsaka molekula katalizatorja zmožna pretvoriti več molekul reagenta, je katalizator lahko v reakcijski zmesi prisoten v manjših količinah. Za uspešen potek reak- cije običajno zadošča že stokrat manjša ko- Slika 1: Tako kot pri fotosintezi svetloba iz vode in ogljikovega dioksida omogoči nastanek glukoze, lahko kemik s pomočjo svetlobe iz preprostih gradnikov sintetizira uporabne spojine. Elementi slike povzeti po: ©[@trendify, @sketchify, @katrina-normans-images, @ pixabay, @amethyststudio, @equipe-de-guto-reiiz, @ drawcee, @natalieosipova, @f-soyas-team] prek Canva. com. Slika 2: Prikaz molekul, ki lahko absorbirajo svetlobo določene valovne dolžine oziroma barve. Mnogo molekul odda pridobljeno energijo v obliki toplote, preden lahko pride do reakcije (a). Molekule, ki so primerne za uporabo kot fotoredoks katalizator, lahko uspešno izmenjajo elektron z drugo molekulo (b). 152 ■ Proteus 86/3, 4 • November, december 2023 153Svetloba kot vir energije v fotoredoks kataliziranih reakcijah • KemijaKemija • Svetloba kot vir energije v fotoredoks kataliziranih reakcijah Svetloba kot vir energije v fotoredoks kataliziranih reakcijah Nejc Petek Za potek fotosinteze je potrebna svetloba. Kateri procesi pa se dejansko skrivajo za to pre- prosto izjavo? V prvem delu fotosinteze poteka fotoredoks kataliza, ki jo uporabljamo tudi v organski sintezi za razvoj novih načinov priprave organskih spojin (slika 1). V vseh zvrsteh kemije reakcijo največkrat povzročijo trki med molekulami. Za uspe- šen potek kemijske reakcije med organskimi molekulami in tvorbo novih vezi je potrebna dovolj visoka energija. Ta energija izvira iz hitrosti molekul pred trkom. Iz tega sledi, da je večja verjetnost, da bo do reakcije pri- šlo pri višji temperaturi, saj se takrat mo- lekule gibljejo hitreje. Trki med molekula- mi so pri višji temperaturi tudi pogostejši, zato s temperaturo hitrost reakcije narašča. Pri izvajanju reakcij v laboratoriju to običaj- no pomeni, da lahko reakcijo sprožimo ter pospešimo s segrevanjem reakcijske zmesi, saj s tem zvišamo toplotno energijo udele- ženih molekul. V opisanih procesih lahko nastopajo tudi druge kemijske zvrsti, kot so atomi, ioni ter radikali (Atkins, De Paula, 2010). Redoks reakcije so reakcije, pri katerih pri- de do izmenjave elektrona med dvema ke- mijskima zvrstema, s čimer se spremeni število njunih elektronov oziroma oksida- cijsko stanje. Za večino organskih molekul velja, da potrebujemo precej močan oksidant (prejemnik elektronov) ali reducent (vir ele- ktronov), da pride do izmenjave elektronov. Sposobnost molekul, da sprejmejo ali oddajo elektron, vrednotimo z redoks potencialom. Ko je redoks potencial reducenta nižji od redoks potenciala oksidanta, si lahko iz- menjata elektron, medtem ko v nasprotnem primeru do reakcije ne pride. Za fotoredoks reakcije je značilno, da se molekulam spre- meni redoks potencial ob absorpciji svetlobe tako, da veliko lažje sprejmejo ali oddajo elektron. To pomeni, da lahko molekule, ki so svetlobo absorbirale, reagirajo z drugimi molekulami, s katerimi prej izmenjava ele- ktrona ni bila možna (Romero, Nicewicz, 2016). Ko molekule absorbirajo svetlobo, preidejo iz osnovnega v vzbujeno stanje. V vzbuje- nem stanju vsebujejo več energije, ki so jo pridobile z absorpcijo svetlobe. Ta energija je neposredno povezana z energijo elektro- nov v molekuli. Molekule pa ne absorbirajo katere koli svetlobe, ampak le določen del, ki je odvisen od strukture molekule. Različ- ne barve svetlobe se namreč razlikujejo po svoji energiji. Tako ima nam nevidna ultra- vijolična svetloba zelo visoko energijo, sledi ji vijolična, modra, zelena, rumena, oranžna ter rdeča svetloba z vsemi odtenki vmes. Svetlobo z nižjo energijo od rdeče svetlo- be imenujemo infrardeče sevanje. Molekule lahko absorbirajo vidno svetlobo ali pa nam nevidno ultravijolično. Mnogo preprostih organskih molekul je brezbarvnih oziroma so bele barve, kar pomeni, da ne absorbirajo vidne svetlobe, temveč ultravijolično. Poleg tega večina molekul v vzbujenem stanju zelo hitro odda energijo, ki jo je prejela z absorp- cijo svetlobe, v obliki toplote (slika 2, a). S tem se vrnejo v osnovno stanje ter izgubijo energijo, potrebno za izmenjavo elektronov. Tej težavi se lahko izognemo z uporabo fo- toredoks katalizatorjev. Za tovrstne kata- lizatorje je na splošno značilno, da se med reakcijo vedno znova vračajo v svoje prvotno stanje in ostanejo po končani reakciji ne- spremenjeni. Za fotokatalizator si običajno izberemo spojine, ki po absorpciji svetlobe ostanejo v vzbujenem stanju dovolj časa, da izmenjajo elektron z eno izmed drugih mo- lekul v naši reakcijski zmesi. Fotokataliza- tor pri tem pridobi dodatni elektron ali pa izgubi enega izmed svojih, medtem ko se z molekulo, s katero je reagiral, zgodi ravno nasprotno (slika 2, b). Pri tem nastanejo ustrezni reaktivni intermediati (vmesni pro- dukti) (Romero, Nicewicz, 2016). Elektroni se v molekulah nahajajo v mole- kulskih orbitalah, kjer jih običajno najdemo v parih. Molekule, v katerih se v eni izmed orbital nahaja zgolj en elektron, imenujemo radikali. Običajno so bolj reaktivni od nera- dikalskih zvrsti ter lažje tvorijo vezi ali iz- menjujejo elektrone z drugimi molekulami. Radikali, ki smo jih tvorili s fotoredoks ka- talizatorjem, lahko tako reagirajo z drugimi reagenti v reakcijski zmesi vse do končnega produkta. Kaj pa se zgodi s katalizatorjem? Kot smo že omenili, se katalizator vrne v prvotno stanje, in sicer s ponovno izmenja- vo elektrona, pri tem katalizator pridobi iz- gubljeni elektron oziroma odda odvečnega. Molekula katalizatorja je tako pripravljena na ponovno absorpcijo svetlobe in reakcijo z novo molekulo reagenta. Ko se eden izmed reagentov popolnoma porabi, je reakcija končana. Ker je vsaka molekula katalizatorja zmožna pretvoriti več molekul reagenta, je katalizator lahko v reakcijski zmesi prisoten v manjših količinah. Za uspešen potek reak- cije običajno zadošča že stokrat manjša ko- Slika 1: Tako kot pri fotosintezi svetloba iz vode in ogljikovega dioksida omogoči nastanek glukoze, lahko kemik s pomočjo svetlobe iz preprostih gradnikov sintetizira uporabne spojine. Elementi slike povzeti po: ©[@trendify, @sketchify, @katrina-normans-images, @ pixabay, @amethyststudio, @equipe-de-guto-reiiz, @ drawcee, @natalieosipova, @f-soyas-team] prek Canva. com. Slika 2: Prikaz molekul, ki lahko absorbirajo svetlobo določene valovne dolžine oziroma barve. Mnogo molekul odda pridobljeno energijo v obliki toplote, preden lahko pride do reakcije (a). Molekule, ki so primerne za uporabo kot fotoredoks katalizator, lahko uspešno izmenjajo elektron z drugo molekulo (b). 154 ■ Proteus 86/3, 4 • November, december 2023 155Kemija • Svetloba kot vir energije v fotoredoks kataliziranih reakcijah Svetloba kot vir energije v fotoredoks kataliziranih reakcijah • Kemija ličina molekul fotoredoks katalizatorja (Ro- mero, Nicewicz, 2016). Primer enostavne fotoredoks katalitske reakcije je reakcija med N,N-dimetilanilinom ter  N-metilmaleimi- dom v prisotnosti kisika. Reakcijo katalizira fotoredoks katalizator, organsko barvilo z imenom eozinsko rumeno (shema 1). Naj- prej eozinsko rumeno absorbira svetlobo ter sprejme enega od elektronov iz neveznega elektronskega para v molekuli N,N-dimeti- lanilina. Pri tem nastane radikal kation. Ta se ob odcepu protona (H+) pretvori v ob- stojnejši radikal. Obstojnejši radikal reagira z N-metilmaleimidom, pri čemer po nekaj korakih tvorbe novih vezi in prenosu še enega elektrona ter protona nastane ustre- zna heterociklična spojina. Eozinsko rume- no se vrne v začetno stanje tako, da odda odvečni elektron molekuli kisika (Romero, Nicewicz, 2016). Opisana reakcija je le ena izmed mnogih različic fotoredoks katalize, ki jo lahko v enem koraku izvedemo zgolj s pomočjo svetlobe. Izvrsten primer fotoredoks katalize v nara- vi je prva stopnja fotosinteze. Fotosinteza je proces, s katerim mnogi organizmi, kot so alge, večina rastlin ter celo nekatere živali (Rumpho in sod., 2001), proizvajajo organ- ske molekule s pomočjo sončne svetlobe v prisotnosti klorof ila ali drugega barvila. Če se vam zdi, da se ta opis ujema z zgoraj predstavljenim procesom fotoredoks kata- lize, imate prav! Proces fotosinteze se na- mreč običajno odvija po enakem vrstnem redu (shema 2). Najprej molekule klorofila ali drugega barvila absorbirajo del sončne svetlobe. Klorofil absorbira pretežno modro in rdečo svetlobo, zeleno pa odbije, zaradi česar naše oko zaznava liste večine rastlin kot zelene. Ob absorpciji svetlobe molekula klorofila preide v vzbujeno stanje, pri čemer lahko odda enega izmed svojih elektronov molekuli plastokinona. Plastokinon mora preko več posrednikov prejeti skupno dva elektrona ter dva protona, pri čemer se spre- meni v plastokinol. Procesu sledi kaskada izmenjav elektronov in protonov, pri katerih sodeluje več proteinov, manjših organskih molekul ter kovinskih kompleksov. Končni produkt teh izmenjav je molekula NADPH. V drugem delu procesa fotosinteze prav tako sodeluje več proteinov in manjših organskih molekul, pa tudi ogljikov dioksid, ki ga ra- stlina absorbira iz ozračja. Ogljikov dioksid najprej reagira z molekulo ribuloze 1,5-bis- fosfata, končni produkt sosledja reakcij pa je molekula gliceraldehida 3-fosfata. Za ta proces je med drugim ključen NADPH, ki je nastal s pomočjo svetlobe. Gliceraldehid 3-fosfat se lahko nato porabi za sintezo sno- vi, potrebnih za delovanje rastline, kot so glukoza, aminokisline in lipidi. Kakšna pa je usoda klorofila? Ker je na začetku celo- tnega procesa oddal elektron, ga mora za svojo regeneracijo ponovno prejeti. Prejme ga od molekule vode. Vsaka molekula vo- de lahko odda kar dva elektrona. Pri tem nastanejo še protoni ter molekula kisika, ki se kot stranski produkt fotosinteze sprosti v ozračje. Molekule klorofila lahko na ta na- čin neprestano črpajo elektrone od molekul vode do plastokinona (Johnson, 2016). Fotoredoks katalitske reakcije, ki jih ke- miki izvajamo pri sintezi novih organskih spojin, so trenutno še bistveno preprostej- še od kompleksnega zaporedja procesov pri fotosintezi (Reisner, 2019). Kljub temu so postale ključne za razvoj novih metod za sintezo farmacevtskih učinkovin, materia- lov, pesticidov ter drugih snovi z uporabno vrednostjo. Ena prvih metod, ki je upora- bljala fotoredoks katalizo, je bila opisana že leta 1978. Predvsem zaradi mišljenja, da so radikalske zvrsti, ki nastanejo pri fotoredoks katalizi, preveč reaktivne za potek nadzoro- Shema 1: Primer fotoredoks katalizirane reakcije v organski sintezi. N,N-dimetilanilin je označen z modro, N-metilmaleimid pa z zeleno. Shema 2: Del kompleksnega mehanizma fotosinteze, ki prikazuje tok elektronov med molekulami. Vir elektronov je voda, ki se pretvori v molekularni kisik, končni prejemnik pa je NADPH, ki se porabi za sintezo organskih snovi. Slika 3: Prikaz izvajanja fotoredoks katalizirane reakcije. 154 ■ Proteus 86/3, 4 • November, december 2023 155Kemija • Svetloba kot vir energije v fotoredoks kataliziranih reakcijah Svetloba kot vir energije v fotoredoks kataliziranih reakcijah • Kemija ličina molekul fotoredoks katalizatorja (Ro- mero, Nicewicz, 2016). Primer enostavne fotoredoks katalitske reakcije je reakcija med N,N-dimetilanilinom ter  N-metilmaleimi- dom v prisotnosti kisika. Reakcijo katalizira fotoredoks katalizator, organsko barvilo z imenom eozinsko rumeno (shema 1). Naj- prej eozinsko rumeno absorbira svetlobo ter sprejme enega od elektronov iz neveznega elektronskega para v molekuli N,N-dimeti- lanilina. Pri tem nastane radikal kation. Ta se ob odcepu protona (H+) pretvori v ob- stojnejši radikal. Obstojnejši radikal reagira z N-metilmaleimidom, pri čemer po nekaj korakih tvorbe novih vezi in prenosu še enega elektrona ter protona nastane ustre- zna heterociklična spojina. Eozinsko rume- no se vrne v začetno stanje tako, da odda odvečni elektron molekuli kisika (Romero, Nicewicz, 2016). Opisana reakcija je le ena izmed mnogih različic fotoredoks katalize, ki jo lahko v enem koraku izvedemo zgolj s pomočjo svetlobe. Izvrsten primer fotoredoks katalize v nara- vi je prva stopnja fotosinteze. Fotosinteza je proces, s katerim mnogi organizmi, kot so alge, večina rastlin ter celo nekatere živali (Rumpho in sod., 2001), proizvajajo organ- ske molekule s pomočjo sončne svetlobe v prisotnosti klorof ila ali drugega barvila. Če se vam zdi, da se ta opis ujema z zgoraj predstavljenim procesom fotoredoks kata- lize, imate prav! Proces fotosinteze se na- mreč običajno odvija po enakem vrstnem redu (shema 2). Najprej molekule klorofila ali drugega barvila absorbirajo del sončne svetlobe. Klorofil absorbira pretežno modro in rdečo svetlobo, zeleno pa odbije, zaradi česar naše oko zaznava liste večine rastlin kot zelene. Ob absorpciji svetlobe molekula klorofila preide v vzbujeno stanje, pri čemer lahko odda enega izmed svojih elektronov molekuli plastokinona. Plastokinon mora preko več posrednikov prejeti skupno dva elektrona ter dva protona, pri čemer se spre- meni v plastokinol. Procesu sledi kaskada izmenjav elektronov in protonov, pri katerih sodeluje več proteinov, manjših organskih molekul ter kovinskih kompleksov. Končni produkt teh izmenjav je molekula NADPH. V drugem delu procesa fotosinteze prav tako sodeluje več proteinov in manjših organskih molekul, pa tudi ogljikov dioksid, ki ga ra- stlina absorbira iz ozračja. Ogljikov dioksid najprej reagira z molekulo ribuloze 1,5-bis- fosfata, končni produkt sosledja reakcij pa je molekula gliceraldehida 3-fosfata. Za ta proces je med drugim ključen NADPH, ki je nastal s pomočjo svetlobe. Gliceraldehid 3-fosfat se lahko nato porabi za sintezo sno- vi, potrebnih za delovanje rastline, kot so glukoza, aminokisline in lipidi. Kakšna pa je usoda klorofila? Ker je na začetku celo- tnega procesa oddal elektron, ga mora za svojo regeneracijo ponovno prejeti. Prejme ga od molekule vode. Vsaka molekula vo- de lahko odda kar dva elektrona. Pri tem nastanejo še protoni ter molekula kisika, ki se kot stranski produkt fotosinteze sprosti v ozračje. Molekule klorofila lahko na ta na- čin neprestano črpajo elektrone od molekul vode do plastokinona (Johnson, 2016). Fotoredoks katalitske reakcije, ki jih ke- miki izvajamo pri sintezi novih organskih spojin, so trenutno še bistveno preprostej- še od kompleksnega zaporedja procesov pri fotosintezi (Reisner, 2019). Kljub temu so postale ključne za razvoj novih metod za sintezo farmacevtskih učinkovin, materia- lov, pesticidov ter drugih snovi z uporabno vrednostjo. Ena prvih metod, ki je upora- bljala fotoredoks katalizo, je bila opisana že leta 1978. Predvsem zaradi mišljenja, da so radikalske zvrsti, ki nastanejo pri fotoredoks katalizi, preveč reaktivne za potek nadzoro- Shema 1: Primer fotoredoks katalizirane reakcije v organski sintezi. N,N-dimetilanilin je označen z modro, N-metilmaleimid pa z zeleno. Shema 2: Del kompleksnega mehanizma fotosinteze, ki prikazuje tok elektronov med molekulami. Vir elektronov je voda, ki se pretvori v molekularni kisik, končni prejemnik pa je NADPH, ki se porabi za sintezo organskih snovi. Slika 3: Prikaz izvajanja fotoredoks katalizirane reakcije. 156 ■ Proteus 86/3, 4 • November, december 2023 157Kemija • Svetloba kot vir energije v fotoredoks kataliziranih reakcijah Streptomyces platensis kot naravni vir za biotehnološke aplikacije • Biotehnologija vanih reakcij, se je področje razcvetelo šele po letu 2008, ko je več raziskovalnih skupin skoraj hkrati objavilo svoje rezultate študij treh različnih fotoredoks katalitskih reak- cij (Stephenson in sod., 2018). V naslednjih petnajstih letih je število znanstvenih objav na to tematiko začelo strmo naraščati, do- kler ni fotoredoks kataliza postala eno iz- med pomembnih področij v organski sintezi (Shaw in sod., 2016). Svetloba je namreč razmeroma dostopen, nenevaren, okolju prijazen in predvsem obnovljiv vir energije (Crisenza, Melchiorre, 2020). Čeprav ke- miki pri izvajanju reakcij v laboratoriju še vedno uporabljamo svetleče diode in žar- nice (slika 3) ter se z razvitimi sintetskimi metodami še nismo približali procesu, kot je fotosinteza, pa še vedno iščemo v nara- vi navdih za okolju prijaznejšo in svetlejšo prihodnost. Slovarček: Molekulska orbitala. Matematična funkci- ja, ki opisuje mesto in obnašanje elektronov v molekuli. NADPH. Reducirana oblika nikotinamid adenin dinukleotid fosfata, ki je pomemben donor (dajalec) elektronov v vseh organiz- mih. Organska spojina. Spojina, ki je sestavljena pretežno iz atomov ogljika, običajno pa vse- buje tudi atome drugih elementov, predvsem vodika, kisika in dušika. Plastokinon. Organska molekula, podobna kinonu. Sodeluje pri prenosu elektronov v fotosintezi. Radikal. Kemijska zvrst, ki vsebuje nespar- jeni elektron v orbitali, kjer se elektroni obi- čajno nahajajo v parih. Redoks potencial. Merilo, s katerim dolo- čimo težnjo kemijske zvrsti, da sprejme ali odda elektron. Literatura: Atkins, P., De Paula, J., 2010: Atkins’ physical chemistry. 9th ed. Oxford, England: Oxford University Press. Crisenza, G. E. M., Melchiorre, P., 2020: Chemistry glows green with photoredox catalysis. Nature Communications, 11 (803). Johnson, M. P., 2016: Photosynthesis. Essays in Biochemistry, 60: 255–273. Reisner, E., 2019: When Does Organic Photoredox Catalysis Meet Artificial Photosynthesis? Angewandte Chemie International Edition, 58: 3656–3657. Romero, N. A., Nicewicz, D. A., 2016: Organic Photoredox Catalysis. Chemical Reviews, 116: 10075– 10166. Rumpho, M. E., Summer, E. J., Green, B. J., Fox, T. C., Manhart, J. R., 2001: Mollusc/algal chloroplast symbiosis: how can isolated chloroplasts continue to function for months in the cytosol of a sea slug in the absence of an algal nucleus? Zoology, 104: 303-312. Shaw, M. H., Twilton, J., MacMillan, D. W. C., 2016: Photoredox Catalysis in Organic Chemistry. Journal of Organic Chemistry, 81: 6898–6926. Stephenson, C., Yoon, T., MacMillan, D. W. C., 2018: Visible Light Photocatalysis in Organic Chemistry. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA. Streptomyces platensis kot naravni vir za biotehnološke aplikacije Vida Lang V naravi se skrivajo neštete priložnosti in možnosti za razvoj novih biotehnoloških rešitev. Bakterija Streptomyces platensis, ki je bila izolirana iz prsti, ponuja eno izmed takšnih pri- ložnosti pri proizvodnji encimov in drugotnih metabolitov. V prispevku opisujemo vlogo S. platensis, zlasti pa njenega drugotnega metabolita transglutaminaze, ki obeta izjemne mo- žnosti za biotehnološke aplikacije. Vloga encimov v bioloških sistemih je ne- dvomno ključna, saj ti proteinski katalizatorji omogočajo pospeševanje številnih presnovnih procesov v živih organizmih. Njihova visoka katalitična učinkovitost in specifičnost jih postavljata v središče pozornosti v različnih biotehnoloških aplikacijah. V industriji, kot so živilska, farmacevtska, kozmetična, teks- tilna in papirna, so encimi nepogrešljiv del procesov, ki omogočajo vpeljavo učinkovitih inovativnih načinov izboljšav proizvodov ter samih postopkov njihovega pridobivanja. Med številnimi viri encimov, ki jih lahko uporabljamo v biotehnološke namene, imajo bakterije in glive pomembno vlogo. Med te- mi organizmi izstopa Streptomyces platensis, ki se nahaja v prsti. Ta bakterija je znana po svoji sposobnosti proizvodnje encimov in drugih drugotnih metabolitov, kar jo po- stavlja v središče zanimanja raziskovalcev in industrije. Posebej izstopa encim transglutaminaza, ki ga S. platensis izloča zunajcelično. Ta encim ima izjemno pomembno vlogo pri tvorbi prečnih vezi med fibrilarnimi proteini, kar povzroča nastanek netopnih polimernih struktur, kot so krvni strdki, lasje, koža in drugi tkivni elementi. Transglutaminaza je postala pred- met številnih raziskav zaradi svoje koristnosti na področjih, kot sta tkivno inženirstvo ter proizvodnja biotehnoloških orodij. Zanimi- vo je, da ta encim ostaja dejaven v širokem razponu pH in temperatur, kar dodatno širi njegove možnosti za industrijsko uporabo. Streptomyces platensis Streptomyces platensis so bakterije iz rodu Streptomyces. V rod Streptomyces sodijo ni- taste bakterije, ki jih pogosto najdemo v zemeljski prsti. Streptomyces je raznolik rod aerobnih, negibljivih, grampozitivnih bak- terij, od katerih nekatere vrste proizvajajo antibiotike, nekatere pa so lahko patogene (Slovenski medicinski slovar, 2012) (slika1). Streptomyces je največji rod aktinobakterij z več kot 550 opisanimi vrstami (Kämpfer, 2006), med katere uvrščamo tudi S. platen- sis. Te bakterije izstopajo po svoji genomski sestavi, ki vključuje visok delež gvanin-ci- tozin baznih parov, ki v povprečju znaša 72,1 odstotka. Posebnost teh organizmov je njihova sposobnost izločanja metabolitov v zunajcelično snov, kar je ključno za številne biološke procese. V naravi se pojavljajo kot saprofiti, pogosto naseljujejo rastlinski ma- terial in živalske ostanke. Prav tako sodelu- jejo s koreninami rastlin, pri čemer bakterije oskrbujejo rastline s hranili in uporabljajo koreninske izločke kot vir hrane. Ta zaplete- ni proces simbioze temelji na bogatem gen- skem ozadju (Kieser in sod., 2000). Strep- tomyces prevladujejo v nevtralnih do rahlo alkalnih tleh, ki dobro prepuščajo vodo. V takšnih okoljih predstavljajo do devetdeset odstotkov vseh aktinobakterij in imajo ključ- no vlogo pri začetnih stopnjah razkrajanja organskega materiala (Schrempf, 2006). Bakterije S. platensis so znane po izločanju neprijetnega vonja po zemlji, ki ga povzroča Nejc Petek je asistent za organsko kemijo na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani. Pri svojem raziskovalnem delu odkriva nove načine za sintezo ter pretvorbe heterocikličnih spojin, preučuje nove potencialne fotoredoks katalizatorje ter razvija nove metode v fotokemiji.