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Metanogénesis
Es un tipo de metabolismo microbiano muy importante y extendido donde el producto final es
CH4, H2O y ATP. En la mayoría de los entornos, es el paso final de la descomposición de la
biomasa.
Bioquímica de la metanogénesis
Tiene lugar a través de una serie exclusiva de reacciones en las que intervienen coenzimas especiales y que tienen una complejidad sorprendente.
Estas coenzimas pueden dividirse en dos clases:
- Las que transportan la unidad C1 desde el sustrato inicial, hasta el producto final, CH4:
- El metanofurano (MF): interviene en el primer paso de la metanogénesis.
- La metanopterina (MP): es la portadora de C1 en los pasos intermedios de la reducción de sustrato inicial a CH4.
- La coenzima M (CoM): Interviene en el paso final de la metanogénesis, es decir, en la conversión de un grupo metilo (CH3) en CH
- La coenzima F430: interviene en el paso final de la metanogénesis como parte del complejo enzimático metilreductasa.
- Las que en las reacciones redox suministran los electrones necesarios para la reducción del sustrato inicial a CH4.
- La coenzima F
- La coenzima B
Intervienen en la parte final de la metanogénesis.
La producción de metano, puede realizarse a partir de diversos sustratos que se dividen en:
- Sustratos tipo CO
- Sustratos de metilo (metanol)
- Sustratos acetotróficos (acetato)
Producción de metano por reducción del CO (^2)
La metanogénesis por reducción del CO 2 es una forma de respiración anaeróbica. Los metanógenos no utilizan el oxígeno para respirar; de hecho, el oxígeno inhibe su crecimiento. El aceptor de electrones terminal en la metanogénesis no es el oxígeno, sino el carbono.
Este proceso se divide en 4 pasos:
- El CO2 es activado por la enzima que contiene metanofuran o y posteriormente reducida a nivel de formilo
- El grupo formilo se transfiere de metanofurano a una enzima que contiene metanopterin a y posteriormente es deshidratado y reducido en dos pasos distintos a los niveles de metileno y metilo.
- El grupo metilo se transfiere de la metanopterina a una enzima que contiene CoM
- El metil -CoM es reducido a metano por el sistema de la metilreductasa, en el cual la F430 y la CoB están totalmente implicadas. La coenzima F430 elimina el grupo CH del complejo CH3-CoM, formando un complejo Ni2+-CH3. Éste es reducido por los electrone del CoB y un complejo disulfuro de la CoB y la CoM ( CoM-S- S-CoB). Las CoM y la Cob libres son regeneradas por reducción de este complejo por H2.
Producción de metano a partir de moléculas orgánicas (pág 577 Brock)
Para el crecimiento en metanol, la mayoría del carbono del metanol se convierte en CH4, en tanto que una pequeña cantidad se convierte o bien en CO2 o bien, mediante la formación de acetil-CoA, es asimilado como material celular.
Hay 5 órdenes
Hábitat
Son anaerobios estrictos (mueren en presencia de oxígeno), por lo que sólo se encuentran en entornos en los que el oxígeno es reducido. Sobre todo son entornos que experimentan una descomposición de materia orgánica, como terrenos pantanosos, el tracto digestivo de los animales y sedimentos acuáticos. La metanogénesis también se da en zonas donde no hay presencia de oxígeno ni descomposición de materia orgánica, como el subsuelo profundo terrestre, las fuentes hidrotermales de las profundidades marinas y las reservas de petróleo.
Sedimentos acuosos. En los sedimentos en el fondo de lagos, ríos y charcas, donde organismos anaerobios aprovechan los desechos de organismos aerobios. Primero bacterias fermentativas sintetizan enzimas hidrolíticas, catalizando la degradación de polímeros complejos en monómeros. Después fermentan los productos solubles a H 2 y CO 2 , mediante la transferencia interespecie de H 2 (bacterias acetogénicas productoras de H 2 catalizan la oxidación de alcoholes y ácidos grasos) obteniendo H 2 , CO 2 y ácidos grasos que finalmente las metanógenas ocupan para producir metano.
Habitats marinos. Se presentan del mismo modo que en los sedimentos acuosos pero con especies halerantes y halofóbicas. Otro tipo se encuentra sobre todo en fuentes ricas en sulfato , como las chimeneas marinas. Las metanógenas generan metano a partir de aminas metilaldeidas y thioles. Las diferentes reacciones no son hechas por una sola especie, sino la interacción de varios microorganismos, muchos de ello inestudiados aún.
Animales rumiantes. Polímeros (como la celulosa) que se encuentran en el rumen de los rumiantes (vaca, ñu, oveja, etc) son fermentados por bacterias a cadenas más cortas, como ácidos grasos, H 2 y CO 2 , que las metanógenas ocupan, desechando metano. Esto le sirve al animal para tener acetato, propanato y burato como fuente de energía. Los gases, dióxido de carbono y metano, son desechados por el animal mediante eructos y en los excrementos.
Termitas. Algunas termitas, como las Xylophagous spp. tienen densas poblaciones de distintos procariontes en su sistema digestivo para poder digerir los polímeros complejos de la madera. Las metanógenas no están directamente en los estómagos de las termitas, sino dentro de alguna bacteria o protozoario que a su vez está dentro de la termita.
Otros animales. Se encuentran en alguna parte del tracto digestivo de muchos herbívoros, como el caballo o nosotros. En el humano los polímeros indigeribles, provenientes de alimentos como el frijol, van al colon, donde son fermentados por otro consorcio de microorganismos, que incluye metanógenas. Esto ocurre en alrededor del 30-40% de la población humana, y el metano es expulsado mediante flatulencias.
http://perarduaadastra.eu/2010/04/%C2%BFsabias-por-que-las-judias-y-otras-legumbres-dan- pedos/
La metanogénesis y el ciclo del carbono
Las metanógenas son parte importante del ciclo del carbono, ya que retornan este a la atmósfera desde condiciones anaeróbicas, en vez de que se acumule gradualmente en los lechos acuosos y atmósfera. Debido a las relaciones simbióticas que mantienen con organismos tales como el ganado y termitas, otra gran cantidad de metano es liberado.
