Methanogenese

Meer

• O2 zuerst aufgebraucht

• Nitrat gering, 2. aufgebraucht

• Sulfat viel

• Methan steigt mit Tiefe

See

• O2 zuerst aufgebraucht

• mehr Nitrat, als 2. aufgebraucht

• Deutlich weniger Sulfat

• Methan steigt mit Tiefe nachdem alle aufgebraucht

• Methanmoleküle mit Wasserstoffmolekülen umringt

• entstehen bei niedrigen Temperaturen und hohem Druck

• “brennbares Eis”

• Methanblase im Bermudadreieck freigesetzt

• Reis

• Feuchtgebiete

• Wiederkäuer

• Biogas

• Grubengas

• Termiten

  • anaerober Enddarm wie Kuh + hohe Anzahl

• Weltmeere

Methan

Methanogene Archaeen

(Pflanzen, Cyanobakterien)

• 7 Ordnungen

• Strikt anaerob

• Manche thermophil

• 3 Substratgruppen

  • 1. Wasserstoff und CO2 (Formiat)

  • 2. Methanol

  • 3. Acetat

• Wachsen nicht auf Zucker, anderen Alkoholen etc. (Wie Acetogene)

• Ungewöhnliche Kofaktoren

1. Wasserstoff und CO2 (Formiat)

   • meiste

2. Methanol (methylierte Verbindungen)

3. Acetat

Acetogene

• nutzen auch Wasserstoff

• Methanogene aber mehr Energie

Methan aus Wasserstoff und CO2

4 H2 + CO2 -> CH4 + 2 H2O

Chemolithotroph

Energiekonservierung über Elektronentransportphosphorylierung

Oxidativer Ast:

• 4 H2 durch Hydrogenasen in 8 H+ und 8 Elektronen

  • F420-unabh. Hydrogenase

  • F420-abh. Hydrogenase

• Oxidation durch Hydrogenase thermodynamisch schwierig, kostet Zelle 2 Protonen (importiert)

Reduktiver Ast:

• CO2 durch Ferredoxin gebunden und an Methanofuran zu Formyl-Methanofuran gebunden (Formyl-Methanofuran-DH)

  • Ferredoxin durch F420-unabh. Hydrogenase reduziert

• Methanofuran überträgt Formylgruppe an Methanopterin zu Formyl-Tetrahydromethanopterin (Formyl-Methanofuran:H4MPT-Formyltransferase)

• Formyl-Tetrahydromethanopterin dehydriert zu Methenyl-Tetrahydromethanopterin (Formyl-H4MPT Cyclohydrolase)

• Methenyl-H4MPT mit Coenzym F420 zu Methylen-Tetrahydromethanopterin reduziert (Methylen-H4MPT-DH)

• Methylen-H4MPT nochmals mit Coenzym F420 zu Methyl-Tetrahydromethanopterin reduziert (Methylen-H4MPT-Reduktase)

  • F420 durch F420-abh. Hydrogenase reduziert

• Methyl-H3MPT auf Coenzym M zu Methyl-Coenzym M übertragen (Methyl-H4MPT:HS-CoM-Methyltransferase, Vit B12)

• Coenzym B reduziert Methyl-Coenzym M zu Methan und Coenzym M und B (Methyl-Coenzym M-Reduktase)

  • Schlüsselenzym!

  • Coenzym M und Coenzym B durch Heterodisulfid-Reduktase reduziert

C1-Überträger

• Methanofuran

• Methanopterin

• 2-mercaptoethylsulfonate (kürzestes Coenzym!)

• Ni-Porphinoid

Elektronenüberträger

• Coenzym F420 (Fluoreszenz)

• Coenzym B

• Methanophenazin

Methyl-Coenzym M-Reduktase

• Heterodisulfid-Reduktase pumpt 4 Protonen nach außen

  • oxidiert Wasserstoff, reduziert Überträger und dann Coenzym B

• ATPase

Chemiosmose

= energiewissenschaftliches Konzept, bei welchem Wasser durch Strom elektrolytisch gespalten wird und zur Produktion von Brenngas genutzt wird

zB mit hydrogenotrophen Methanogenen:

• CO2 (auch als C-Quelle, zB aus Atmosphäre) mit H2 zu CH4

• CH4-Gas zum Heizen, Elektrizität, …