metanogene bakterier

Artikkelstart

Metanogene bakterier er en gruppe anaerobe arkebakterier som skaffer seg energi ved å redusere karbondioksid til metan (CH4). Bakterier som gir biogen produksjon av metan i anaerobe miljøer som myr, rismarker, oversvømt jord, gjødselkjellere, stillestående vann hvor oksygenet er oppbrukt, marine sedimenter, søppelfyllinger, vomma hos drøvtyggere, samt i tarmsystemet hos dyr. Metan fra husdyrbruk, rismarker, lekkasjer fra naturgass og tining av permafrost virker som en klimagass og bidrar til global oppvarming.

Faktaboks

Også kjent som

Metanproduserende bakterier

I biogassanlegg omdanner anaerobe metanogene- og sulfatreduserende bakterier organisk materiale til biogass bestående av metan, karbondioksid og noe hydrogensulfid. Det organiske materiale kan bestå av kompost, matavfall, husdyrgjødsel og slam fra kloakkrenseanlegg.

Arkebakterier fra domene Archeae lager mesteparten er biogent produsert metan fra anaerob respirasjon i biologiske redoksreaksjoner. Metanproduserende arkebakterier i rekken Euryarchaeota deltar i den globale karbonsyklus, og er blant de første bakteriene som koloniserte Jorden.

Metanogene bakterier kan bruke karbondioksid (CO2 , HCO3-) som elektronakseptor, og som blir redusert til metan. Karbonkilden er organiske stoffer for eksempel maursyre (format), metanol eller eddiksyre (acetat). Elektronkilde kan for eksempel være eddiksyre (acetat) eller hydrogen (H2):

4H2 + H+ + HCO3- → CH4 + 3H2O

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Glukose fra nedbrutt stivelse eller cellulose fra planterester omsettes til metan. Imidlertid er glukose, fettsyrer og organiske syrer, unntatt acetat, ikke vanlige substrater for metanogene bakterier:

glukose → 3 CO2 + 3CH4 (ΔGo’= -418 kJ mol-1)

Men via syntrofisk anaerobt samarbeid mellom mikroorganismer kan glukose omsettes til eddiksyre, karbondioksid og hydrogen:

glukose + 2H2O → 2CH3COO- (acetat) + 2H+ + 2CO2 + 4H2 (ΔGo’= -216 kJ mol-1)

Eddiksyre kan deretter omsettes av metanogene bakterier til karbondioksid og metan.

Elektrontransporten hos metanogene bakterier skjer ikke via vanlige cytokromer og kinoner. Istedet fungerer koenzym F420 og koenzymet 7-merkaptoheptanoylthreoninfosfat som elektrondonorer. Metanogene bakterier har en rekke spesielle koenzymer som tjener som en-karbonbærere, for eksempel metanofuran (fenol satt sammen med to glutamat, en langkjedet dikarboksylfettsyre og en furanring), metanopterin og koenzym M. Metan kan lages fra enzymet metyl-koenzym M reduktase som bruker metyl-koenzym M og koenzym B som substrater.

Metanogene bakterier kan deles inn i tre hovedgrupper avhengig av hvilket substrat som omdannes til metan:

1) Hydrogenotrof metanogenese (gresk trophe – spise, ete) og som er den mest vanlige og den mest opprinnelige. «CO2-type» substrat, for eksempel karbondioksid (CO2), format (marusyre, HCOOH) eller karbonmonoksid (CO), med elektroner fra hydrogen (H2), noen alkoholer eller pyruvat. I seks enzymatiske trinn blir CO2 redusert til metan i reduktiv acetyl-CoA-veien eller Wood–Ljungdahl-veien. Denne gjør det mulig å bruke hydrogen som elektrondonor og karbondioksid som elektronakseptor. Denne måten å binde CO2 er forskjellig fra revers trikarboksylsyresyklus og Calvinsyklus.

2) Metylotrof metanogenese. Metyl-gruppesubstrat hvor metanol, metylamin dimetylamin, trimetylamin, metylmerkaptan eller dimetylsulfid kan være substrat. I disse tilfellene brukes de organiske molekylene både som elektrondonor og elektronakseptor.

CH3OH (metanol) + H2 (hydrogen) → CH4 (metan)+ H2O (vann)

Hvis ikke hydrogen er tilstede kan noe metanol bli oksidert til karbondioksid som gir elektroner slik at metanol kan reduseres til metan.

3) Acetoklastisk metanogenese. Acetotrofe substrat, for eksempel acetat.

CH3COO- (acetat) + H2O → CH4 + HCO3-

Enkelte metanogene bakterier kan bruke etanol, 1-propanol og 1-butanol som substrat og da blir produktene eddiksyre (acetat), propionsyre (propionat) og smørsyre (butyrat); og metan dannes fra reduksjon av karbondioksid. Noen metanogene bakterier kan spalte acetat i en acetoklastisk reaksjon til metan og karbondioksid.

Metan i naturgass er blitt laget av metanogene bakterier eller dannet termogent fra nedbrytning (katagenese) av organisk materiale (kerogen).

Metanhydrat (metanklatrat, (CH4)8(H2O)46) er metan fanget i is, og finnes på store havdyp og i permafrost. Metanhydrater kan som naturgass ha både biogen (gr. bios –liv; genos – avkom) og termogen opprinnelse.

I vann med organisk materiale i bunnsedimentene for eksempel i form av sunket tømmer og lignende vil det om vinteren kunne boble opp metan som blir fanget i isen og kan gjøre isen usikker.

Biogent produsert metan ble første gang oppdaget i 1778 av italieneren Allessandro Volta i marsklandskap ved Maggioreinnsjøen (Lago Maggiore) i Italia.

Metan laget av metanogene bakterier kan inngå i mikrobielle næringsnett og bli brukt som karbon- og elektronkilde for aerobe og anaerobe metanotrofe bakterier.

Les mer i Store norske leksikon

Litteratur

  • Berghuis BA,Yu FB, Schulz F, Blainey PC, Woyke T & Quake SR: Hydrogenotrophic methanogenesis in archaeal phylum Verstraetearchaeota reveals the shared ancestry of all methanogens. PNAS 116 (11) (2019) 5037-5044; /doi.org/10.1073/pnas.1815631116

Kommentarer (2)

skrev Sheik Abdullahi

kan du nevne de tre hoved gruppene til hydrogen?

skrev Halvor Aarnes

Er litt usikker på hva du mener, Hydrogen (H) forekommer i tre isotoper: Protium med et elektron og et proton, deuterium med et proton, et nøytron og et elektron, og radioaktivt tritium med to neutroner, et proton og et elektron. Hydrogen kan forekomme som dihydrogen (H2), som proton (H+) og i et miljø med vann danner disse hydrioniumioner (H3O+). Siden H har bare et elektron har dette ene elektronet to mulige spin-retninger. Hydrogen inngår i alle karbohydrater, og er en vanlig gruppe i organiske forbindelser.

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg