Metanojenez - Methanogenesis

Metanojenez veya biyometanasyon , metanojenler olarak bilinen mikroplar tarafından metan oluşumudur . Metan üretebilen organizmalar ile ilgili tespit edilmiştir etki Arkeler grubu, bir filogenetik iki farklı ökaryotlar ve bakteri anaerobik bakteri ile yakın ilişki içinde bir çok canlı olmasına rağmen,. Metan üretimi, mikrobiyal metabolizmanın önemli ve yaygın bir şeklidir . In anoksik ortamlarda, bu ayrışması son adımıdır biyokütle . Metanojenez, önemli miktarda doğal gaz birikiminden sorumludur, geri kalanı termojeniktir.

biyokimya

Ara ürünleri gösteren metanojenez döngüsü.

Mikroplardaki metanojenez, bir anaerobik solunum şeklidir . Metanojenler solunum yapmak için oksijen kullanmazlar; aslında, oksijen metanojenlerin büyümesini engeller. Metanojenezde terminal elektron alıcısı oksijen değil, karbondur. Karbon, tümü düşük moleküler ağırlıklara sahip az sayıda organik bileşikte oluşabilir. En iyi tarif edilen iki yol, terminal elektron alıcıları olarak asetik asit veya inorganik karbon dioksitin kullanımını içerir :

CO 2 + 4 H 2CH 4 + 2 H 2 O
CH 3 COOH → CH 4 + CO 2

Karbonhidrat anaerobik solunum sırasında, H 2 H, yani 1 veya daha azdır; ve asetat 2 bir oranda oluşturulmaktadır 2 katkıda bulunur sadece yaklaşık Metanojeneze %33, asetat daha büyük oranda katkıda bulunur. Bazı durumlarda, örneğin rumen asetat büyük ölçüde, konakçının kan akışına absorbe edilir, H katkısı 2 methanogenesis için daha fazladır.

Bununla birlikte, pH ve sıcaklığa bağlı olarak, metanojenezin, formik asit (format), metanol , metilaminler , tetrametilamonyum , dimetil sülfür ve metanetiol gibi diğer küçük organik bileşiklerden gelen karbonu kullandığı gösterilmiştir . Metil bileşiklerinin katabolizmasına metil koenzim M vermek üzere metil transferazlar aracılık eder.

Önerilen mekanizma

: Methanogenesis biyokimyası aşağıdaki koenzimler ve kofaktör içeren F420 , koenzim B , koenzim E , methanofuran ve methanopterin .

CH'nin dönüştürülmesi için mekanizma
3
Metana –S
bağı, kofaktör F430'un nikel üzerindeki eksenel bölgesi tarafından sonlandırılan bir kanala oturan üçlü bir metil koenzim M ve koenzim B kompleksini içerir. Önerilen bir mekanizma,
CH oluşumunu başlatan Ni(I)'den (Ni(II)'yi vermek için) elektron transferini başlatır.
4
. Koenzim M tiil radikalinin (RS . ) HS koenzim B ile birleştirilmesi, bir proton salıverir ve Ni(I)'yi yeniden
üreterek bir elektron tarafından Ni(II)'yi yeniden azaltır.

ters metanojenez

Bazı organizmalar, metanın anaerobik oksidasyonu (AOM) olarak da adlandırılan metanojenez sürecini işlevsel olarak tersine çevirerek metanı oksitleyebilir . AOM gerçekleştiren organizmalar, metan sızıntıları, hidrotermal menfezler, kıyı çökeltileri ve sülfat-metan geçiş bölgeleri dahil olmak üzere birçok deniz ve tatlı su ortamında bulunmuştur. Bu organizmalar, metanojenik arke tarafından kullanılan metil-koenzim M redüktaza benzer nikel içeren bir protein kullanarak ters metanojenezi gerçekleştirebilir . Reaksiyona göre ters metanojenez oluşur:

SO 4 2− + CH 4 → HCO 3 + HS + H 2 O

Karbon döngüsündeki önemi

Metanojenez, organik maddenin çürümesinin son aşamasıdır. Bozunma sürecinde elektron alıcıları ( oksijen , ferrik demir , sülfat ve nitrat gibi ) tükenirken hidrojen (H 2 ) ve karbondioksit birikir. Fermentasyonla üretilen hafif organikler de birikir. Organik bozunmanın ileri aşamalarında, karbon dioksit hariç tüm elektron alıcıları tükenir. Karbondioksit çoğu katabolik sürecin bir ürünüdür, bu nedenle diğer potansiyel elektron alıcıları gibi tükenmez.

Karbon dışında elektron alıcılarının yokluğunda sadece metanojenez ve fermentasyon meydana gelebilir. Fermantasyon sadece daha büyük organik bileşiklerin parçalanmasına izin verir ve küçük organik bileşikler üretir. Metanojenez, bozunmanın yarı nihai ürünlerini etkin bir şekilde ortadan kaldırır: hidrojen, küçük organikler ve karbon dioksit. Metanojenez olmadan, anaerobik ortamlarda büyük miktarda karbon (fermantasyon ürünleri şeklinde) birikecektir.

Doğal oluşum

Ruminantlarda

Avustralya koyunlarının solunan metan üretimi için test edilmesi (2001), CSIRO

Enterik fermantasyon , bazı hayvanların, özellikle geviş getirenlerin bağırsaklarında meydana gelir. Gelen rumen metanojenler de dahil olmak üzere, anaerobik organizmalar, hayvana besleyici formları halinde selüloz sindirimi. Bu mikroorganizmalar olmadan sığır gibi hayvanlar otları tüketemezdi. Metanojenezin yararlı ürünleri bağırsak tarafından emilir, ancak metan hayvandan esas olarak geğirme (geğirme) ile salınır. Ortalama bir inek günde yaklaşık 250 litre metan yayar. Bu şekilde, geviş getiren hayvanlar antropojenik metan emisyonlarının yaklaşık %25'ine katkıda bulunur . Ruminantlarda metan üretim kontrolünün bir yöntemi, onları 3-nitrooksipropanol ile beslemektir .

İnsanlarda

Bazı insanlar üretmek flatus metan içerir. Dokuz yetişkinin dışkısı üzerinde yapılan bir çalışmada , örneklerin beşi metan üretebilen arkeler içeriyordu . Benzer sonuçlara rektum içinden alınan gaz örneklerinde de rastlanmaktadır .

Gazı metan içeren insanlarda bile bu miktar, toplam gaz miktarının %10'u veya daha azı aralığındadır.

bitkilerde

Birçok deney , canlı bitkilerin yaprak dokularının metan saldığını öne sürdü . Diğer araştırmalar, bitkilerin aslında metan üretmediğini göstermiştir; sadece topraktan metan emerler ve sonra yaprak dokuları yoluyla yayarlar.

topraklarda

Metanojenler, anoksik toprak ortamlarında gözlenir ve organik maddenin bozulmasına katkıda bulunur. Bu organik madde insanlar tarafından çöplük yoluyla yerleştirilebilir, göllerin veya okyanusların dibine çökelti olarak çökelti olarak gömülebilir ve tortul kayaçlara dönüşen tortulardan kalan organik madde olarak gömülebilir.

Yer kabuğunda

Metanojenler, kıtasal ve denizel derin biyosferdeki mikrobiyal toplulukların dikkate değer bir parçasıdır .

Küresel ısınmadaki rolü

Atmosferik metan , karbondioksitten (ortalama 100 yıl boyunca) 25 kat daha fazla küresel ısınma potansiyeline sahip önemli bir sera gazıdır ve hayvancılıkta metanojenez ve organik malzemenin çürümesi bu nedenle küresel ısınmaya önemli bir katkıda bulunur. Oluşturulduğunda atmosferik karbondioksiti tüketen organik maddeler üzerinde çalıştığı için net bir katkıda bulunmayabilir, ancak genel etkisi karbondioksiti çok daha güçlü bir sera gazı olan metana dönüştürmektir.

Metanojenez ayrıca organik atıkları işlemek , faydalı bileşikler üretmek için faydalı bir şekilde kullanılabilir ve metan toplanabilir ve bir yakıt olan biyogaz olarak kullanılabilir . Çöp sahası yoluyla atılan çoğu organik maddenin parçalandığı birincil yoldur .

Dünya dışı yaşam

Atmosferik metanın varlığı, dünya dışı yaşam için bilimsel araştırmalarda bir role sahiptir . Gerekçe, atmosferdeki metanın, bir şey onu yenilemediği sürece sonunda dağılacağıdır. Metan tespit edilirse ( örneğin bir spektrometre kullanılarak ), bu, yaşamın mevcut olduğunu veya yakın zamanda mevcut olduğunu gösterebilir. Bu, NASA'nın Goddard Uçuş Merkezi'nden MJ Mumma tarafından Mars atmosferinde metan keşfedildiğinde ve Mars Express Orbiter (2004) ve Titan'ın atmosferinde Huygens sondası (2005) tarafından doğrulandığında tartışıldı . Bu tartışma, Curiosity Rover tarafından Mars'ta 'geçici', 'metan sivri uçlarının' keşfiyle daha da ilerlemiştir .

Atmosferik metanın , gezegenin kabuğundaki volkanlardan veya diğer çatlaklardan gelebileceği ve izotopik bir imza olmadan , kökenin veya kaynağın tespit edilmesinin zor olabileceği de tartışılmaktadır .

13 Nisan 2017'de NASA, Cassini yörünge uzay aracının 28 Ekim 2015'teki dalışının, metanojenez temelli yaşam formlarının beslenmesi için tüm bileşenlere sahip olan Enceladus tüyünü keşfettiğini doğruladı . Mart 2015'te yayınlanan önceki sonuçlar, sıcak suyun denizin altındaki kayalarla etkileşime girdiğini ileri sürdü; yeni bulgular bu sonucu destekliyor ve kayanın kimyasal olarak tepkimeye girdiğini ekliyor. Bu gözlemlerden bilim adamları, buluttaki gazın yaklaşık yüzde 98'inin su, yaklaşık yüzde 1'inin hidrojen ve geri kalanının karbondioksit, metan ve amonyak gibi diğer moleküllerin bir karışımı olduğunu belirlediler.

Ayrıca bakınız

Referanslar