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La mwbametanogenesi è la produzione di mwbqmetano operata principalmente da parte di un gruppo di mwbgmicrorganismi appartenenti al regno degli mwbwarchei,cite-ref-1[1] un gruppo mwdatassonomico mwdqfilogeneticamente distinto sia dagli mwdgeucarioti che dai mwdwbatteri, anche se molti organismi metanogeni vivono in stretta associazione con batteri mweaanaerobici. La produzione di metano è un'importante e diffusa forma di mweqmetabolismo microbico in molti ambienti naturali, ed è la fase finale del processo di mwegdecomposizione della mwewbiomassa.

• Biochimica della metanogenesi

• Organismi capaci di metanogenesi

• Sfruttamento della metanogenesi

• Metanogenesi inversa

• Emissioni di metano dalle piante

• Note

• Bibliografia

• Voci correlate

• Altri progetti

La metanogenesi negli Archea è una forma di mwfwrespirazione anaerobicacite-ref-2[2]. Gli archei metanogeni infatti, non utilizzano l'mwhaossigeno come accettore finale di elettroni nella respirazione cellulare, in quanto questo gas è addirittura tossico per questi organismi. Al posto dell'ossigeno, questi organismi usano come accettore finale di mwhqelettroni, un substrato carbonioso mwhgossidato di basso mwhwpeso molecolare, come, ad esempio, il mwiabiossido di carbonio. Essi sono organismi anaerobi obbligati e chemioautotrofi, in quanto ricavano energia dall'ossidazione di composti chimici. Gli elettroni, provenienti dall'mwiwossidazione dell'mwjaidrogeno, dopo aver attraversato la mwjqcatena di trasporto degli elettroni producono un gradiente protonico ed energia sotto forma di ATP e vengono infine ceduti al substrato carbonioso accettore di elettroni che, alla fine, viene convertito in mwjgmetano.

I substrati carboniosi impiegati come accettori di elettroni, al termine della catena di trasporto degli elettroni, cite-ref-3[3]sono classificabili in tre gruppi:

• Substrati del tipo mwlgCO2

• mwmganidride carbonica COmwmw2;

• mwnqmonossido di carbonio CO;

• mwnwformiato HCOOmwoa-;

• Substrati mwogmetilici

• mwpqmetanolo CHmwpg3OH;

• mwqametilammina, mwqqdimetilammina e mwqgtrimetilammina (CHmwqw3)mwranNHmwrq4-nmwrg+;

• mwsametilmercaptano CHmwsq3SH;

• mwswdimetilsolfuro (CHmwta3)mwtq2S;

• Substrati mwtwacetici:

• mwugacetato CHmwuw3COOmwva-;

• mwvgpiruvato CHmwvw3COCOOmwwa-;

Seguono le formule chimiche che descrivono l'uso di mwwgbiossido di carbonio e mwwwacido acetico come accettori terminali di elettroni:

COmwxq2 + 4 Hmwxg2 → CHmwxw4 + 2Hmwya2O

CHmwyg3COOH → CHmwyw4 + COmwza2

Nella figura di seguito viene mostrato il processo della metanogenesi a partire dal mwzgbiossido di carbonio.

La mwbabiochimica della metanogenesi è relativamente complessa e coinvolge numerosi mwbqcofattori: coenzima F430, mwbwcoenzima F420, coenzima B, coenzima M, metanofurano e metanopterina. Le prime due sono molecole adibite al trasporto di elettroni (come il mwdaNAD), mentre le restanti legano il carbonio accettore di elettroni durante il processo: metanofurano e metanopterina legano il carbonio con i mwdqdoppietti elettronici non condivisi dei mwdggruppi amminici, mentre i coenzimi B ed M usano i loro gruppi mwdwsolfuro.

La metanogenesi avviene durante la fase finale del decadimento della materia organica. Durante tale processo gli mweqelettroni recettori (mwegossigeno, mwewferro, mwfasolfato, mwfqnitrati e mwfgmanganese) si esauriscono, mentre si accumula mwfwidrogeno (Hmwga2), mwgqdiossido di carbonio e materiale organico prodotto dalla mwggfermentazione. Durante gli stadi avanzati del decadimento della materia organica, tutti gli accettori di elettroni si esauriscono a eccezione del diossido di carbonio. Tale composto chimico è un prodotto di molti processi mwgwcatabolici.

La fermentazione e la metanogenesi possono avvenire in assenza di elettroni accettori all'infuori del mwhqcarbonio. Solo la fermentazione permette la scomposizione della maggior parte dei composti organici. La metanogenesi effettivamente rimuove i prodotti semi-finali di decadimento: idrogeno, composti organici, e diossido di carbonio. Senza il processo di metanogenesi, negli ambienti anaerobici il carbonio presente si accumulerebbe.

I mwiamicrobi metanogeni non possiedono mwiqnucleo e gli mwigorganelli non eseguono salti di mwiwmembrana (caratteristica degli organismi mwjaprocarioti). I metanogeni sono considerati un gruppo di organismi molto antico e membri degli mwjqarchei.

Gli archei metanogeni possono essere osservati solo in ambienti privi di ossigeno, soprattutto nella materia organica in decomposizione, nelle mwjwpaludi, nel tratto digestivo degli animali, e nei mwkasedimenti acquatici, nel mwkqrumine dei ruminanti, nell'mwkgintestino degli esseri umani, sotto la superficie terrestre nei mwkwgiacimenti mwlapetroliferi e sotto la superficie del mare a grandi profondità, soprattutto presso i particolari mwlqecosistemi prodotti dalle mwlgcanne idrotermali.

In un recente studio, la metanogenesi, è stata individuata anche in alcuni batteri aerobi gram negativi del genere Acidovorax capaci di trasformare metilammina in metano cite-ref-0-4-0[4]

La metanogenesi è utile alla comunità umana, infatti, attraverso di essa, i mwngrifiuti organici possono essere convertiti in mwnwbiogas sfruttabile come mwoafonte energetica di calore o di elettricità.

La metanogenesi utilizza anche metano come substrato in congiunzione con la riduzione del solfato e del nitrato.cite-ref-5[5]

È stato rilevato che le mwqqfoglie delle mwqgpiante emettono metano in certe condizioni.cite-ref-k06-6-0[6] Tuttavia, ciò non è dovuto a un meccanismo biochimico di metanogenesi non ancora identificato interno alle piante, come era stato inizialmente propostocite-ref-k06-6-1[6], ma piuttosto alla captazione dalle mwswradici delle piante di acqua contenente metano, prodotto da batteri in condizioni micro-aerobiche negli strati inferiori del suolo, e alla sua successiva mwtatraspirazione dall'apparato fogliale; l'emissione di metano è inoltre dovuta alla spontanea degradazione del materiale vegetale che si verifica principalmente in presenza d'intense mwtqradiazioni ultraviolette o di mwtgcalore.cite-ref-7[7]

cite-note-11. ↑ mwwq(mwwgmwwwEN) mwxamwxqIUPAC Gold Book, "methanogens", su mwxggoldbook.iupac.org.

cite-note-22. ↑ Thauer, R. K., "Biochimica e Metanogenesi: un Tributo a Marjority Stephenson", Microbiology, 1998, Vol.144, pag 2377-2496.

cite-note-33. ↑ mwzqmwzgmwzwMetanogenesi, su mw0amicrobiologiaitalia.it.

cite-note-0-44. ↑ mw1aQian Wang et al., mw1q“Aerobic bacterial methane synthesis”., in mw1gProceedings of the National Academy of Sciences, 118 (27) e2019229118; DOI: 10.1073/pnas.2019229118, Jul 2021,, DOI: 10.1073/pnas.2019229118.

cite-note-55. ↑ Thauer, R. K. and Shima, S., "Biogeochimica: Metano e microbi", Nature, 2006, 440, 878-879

cite-note-k06-66. ↑ mw3wmw4aKeppler et al. 2006.

cite-note-77. ↑ mw5amw5qNisbet et al. 2009.

• citerefkeppler-et-al-2006(EN) Frank Keppler, John T. G. Hamilton, Marc Braß e Thomas Röckmann, Methane emissions from terrestrial plants under aerobic conditions, in Nature, vol. 439, Nature Publishing Group, gennaio 2006, pp. 187-191, DOI:10.1038/nature04420.

• citerefnisbet-et-al-2009(EN) Ellen R. Nisbet R., Angela Gallego-Sala, Patrick Crill e Edward Hornibrook, Emission of methane from plants, in Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, vol. 276, The Royal Society Publishing, febbraio 2009, pp. 1347-1354, DOI:10.1098/rspb.2008.1731, PMID 19141418.

• Qian Wang et al. “Aerobic bacterial methane synthesis”. Proceedings of the National Academy of Sciences Jul 2021, 118 (27) e2019229118; DOI: 10.1073/pnas.2019229118

• mw7gDigestione anaerobica

• mw8aBatteri metanogeni

• mw8gBiogas

Altri progetti

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