Anaerobní oxidace methanu - Anaerobic oxidation of methane

Anaerobní oxidace methanu (AOM) je mikrobiální proces vyskytující se v anoxických mořských a sladkovodních vodách sedimenty. Během AOM metan se oxiduje různými konci akceptory elektronů jako síran, dusičnan, dusitany a kovy.[1]

Ve spojení s redukcí síranem

Tři mechanismy anaerobní oxidace metanu (AOM). První metoda (nahoře) je zprostředkována konsorciem anaerobních methanotrofních (ANME) archaeí z subtypů 1,2a, 2b a 2c a bakterií redukujících síran (SRB). K oxidaci metanu dochází v ANME, kde jsou elektrony předávány přímo do SRB, který provádí redukci síranem [2] .[3] Druhá metoda (uprostřed) spojuje oxidaci methanu s redukcí dusičnanů zprostředkovanou konsorcii ANME archaea a bakteriemi Anammox.[4] Třetí mechanismus (dole) také spojuje oxidaci methanu s redukcí dusičnanů, ale je zprostředkován ANME archaea a NC10 bakteriemi. Na rozdíl od prvních dvou mechanismů soutěží o metan jak ANME archaea, tak bakterie NC10.[5]

Celková reakce je:

CH4 + SO42− → HCO3− + HS− + H2Ó

Sulfátem poháněná AOM je zprostředkována syntrofickým konsorciem methanotrofů archaea a bakterie redukující síran.[6] Často tvoří malé agregáty nebo někdy objemné rohože. Archaický partner má zkratku ANME, což znamená „anaerobní methanotrof ". ANME velmi úzce souvisí s methanogenní archouou a nedávná šetření naznačují, že AOM je enzymatickým obrácením methanogeneze.[7] Stále není dobře pochopeno, jak syntrofické partnery interagují a jaké meziprodukty se vyměňují mezi archaální a bakteriální buňkou. Výzkumu AOM brání skutečnost, že odpovědné organismy nebyly izolovány. Je to proto, že tyto organismy vykazují velmi pomalé tempo růstu s minimální dobou zdvojnásobení několika měsíců. Nespočetné úsilí o izolaci nedokázalo izolovat jeden z anaerobních methanotrofů, možným vysvětlením může být, že archaea ANME a SRB syntrofická interakce, a proto ji nelze izolovat jednotlivě.

v bentický mořské oblasti se silným únikem metanu z fosilních nádrží (např studené prosakuje, bahenní sopky nebo hydrát plynu vklady) AOM může být tak vysoká, že chemosyntetický organismy jako vláknité sirné bakterie (viz Beggiatoa ) nebo zvířata (škeble, červi) s symbiont bakterie oxidující sulfidy mohou prospívat ve velkém množství sirovodík které se vyrábějí během AOM. Výroba hydrogenuhličitan z AOM může mít za následek srážení uhličitan vápenatý nebo tzv autentický uhličitany. Je známo, že těchto autentických uhličitanů je nejvíce 13C ochuzené uhličitany na Zemi s δ13Hodnoty C již od -125 promile PDB hlášeno.[8]

Ve spojení s redukcí dusičnanů a dusitanů

Celkové reakce jsou:

CH4 + 4NO3− → CO2 + 4NO2− + 2 hodiny2Ó
3CH4 + 8NO2− + 8 hodin+ → 3CO2 + 4N2 + 10 hodin2Ó

Nedávno se ukázalo, že ANME-2d je odpovědnou dusičnanem poháněnou AOM.[4] ANME-2d, pojmenovaný Methanoperedens nitroreducens, je schopen provádět AOM řízený dusičnany bez partnerského organismu prostřednictvím reverzní methanogeneze s nitrátem jako terminálním akceptorem elektronů, s využitím genů pro redukci dusičnanů, které byly laterálně přeneseny z bakteriálního dárce. Toto byla také první úplná reverzní cesta methanogeneze včetně mcr a mer geny.

V roce 2010 omická analýza ukázala, že redukci dusitanů lze spojit s oxidací methanu jediným bakteriálním druhem, NC10, bez nutnosti archaálního partnera.[9]

Význam pro životní prostředí

AOM je považován za velmi důležitý proces snižování emisí skleníkový plyn metan z oceánu do atmosféry. Odhaduje se, že téměř 80% veškerého metanu, který vzniká z mořských sedimentů, je tímto procesem anaerobně oxidován.[10]

Reference

  1. ^ Reimann, Joachim; Jetten, Mike S.M .; Keltjens, Jan T. (2015). „Kapitola 7, oddíl 4 Enzymy v oxidaci methanu na bázi dusitanů". V Peter M.H. Kroneck; Martha E. Sosa Torres (eds.). Udržení života na planetě Zemi: Metalloenzymy zvládající dioxygen a další žvýkací plyny. Kovové ionty v biologických vědách. 15. Springer. 281–302. doi:10.1007/978-3-319-12415-5_7. ISBN  978-3-319-12414-8. PMID  25707470.
  2. ^ McGlynn SE, Chadwick GL, Kempes CP, Orphan VJ (2015). "Aktivita jedné buňky odhaluje přímý přenos elektronů v methanotrofních konsorciích". Příroda. 526 (7574): 531–535. Bibcode:2015 Natur.526..531M. doi:10.1038 / příroda15512. PMID  26375009.
  3. ^ Wegener G, Krukenberg V, Riedel D, Tegetmeyer HE, Boetius A (2015). "Mezibuněčné vedení umožňuje přenos elektronů mezi methanotrofní archeaou a bakteriemi". Příroda. 526 (7574): 587–590. Bibcode:2015 Natur.526..587W. doi:10.1038 / příroda15733. hdl:21.11116 / 0000-0001-C3BE-D. PMID  26490622.
  4. ^ A b Haroon MF, Hu S, Shi Y, Imelfort M, Keller J, Hugenholtz P, Yuan Z, Tyson GW (2013). "Anaerobní oxidace metanu spojená s redukcí dusičnanů v nové archaealské linii". Příroda. 500 (7464): 567–70. Bibcode:2013 Natur.500..567H. doi:10.1038 / příroda12375. PMID  23892779.
  5. ^ Raghoebarsing, A.A .; Pol, A .; van de Pas-Schoonen, K.T .; Smolders, A.J.P .; Ettwig, K.F .; Rijpstra, W.I.C .; et al. (2006). „Mikrobiální konsorcium spojuje anaerobní methanovou oxidaci s denitrifikací“. Příroda. 440 (7086): 918–921. Bibcode:2006 Natur.440..918R. doi:10.1038 / nature04617. hdl:1874/22552. PMID  16612380.
  6. ^ Knittel, K .; Boetius, A. (2009). "Anaerobní oxidace metanu: postup s neznámým procesem". Annu. Rev. Microbiol. 63: 311–334. doi:10.1146 / annurev.micro.61.080706.093130. PMID  19575572.
  7. ^ Scheller S, Goenrich M, Boecher R, Thauer RK, Jaun B (2010). „Klíčový niklový enzym methanogeneze katalyzuje anaerobní oxidaci methanu“. Příroda. 465 (7298): 606–8. Bibcode:2010Natur.465..606S. doi:10.1038 / nature09015. PMID  20520712.
  8. ^ Drake, H .; Astrom, M.E .; Heim, C .; Broman, C .; Astrom, J .; Whitehouse, M .; Ivarsson, M .; Siljestrom, S .; Sjovall, P. (2015). "Extrémní 13Vyčerpání uhličitanů C vznikajících při oxidaci biogenního metanu ve zlomené žule ". Příroda komunikace. 6: 7020. Bibcode:2015NatCo ... 6.7020D. doi:10.1038 / ncomms8020. PMC  4432592. PMID  25948095.
  9. ^ Ettwig KF, Butler MK, Le Paslier D, Pelletier E, Mangenot S, Kuypers MM, Schreiber F, Dutilh BE, Zedelius J, de Beer D, Gloerich J, Wessels HJ, van Alen T, Luesken F, Wu ML, van de Pas-Schoonen KT, Op den Camp HJ, Janssen-Megens EM, Francoijs KJ, Stunnenberg H, Weissenbach J, Jetten MS, Strous M (2010). „Anaerobní oxidace metanu na bázi dusitanů kyslíkovými bakteriemi“ (PDF). Příroda. 464 (7288): 543–8. Bibcode:2010Natur.464..543E. doi:10.1038 / nature08883. PMID  20336137.
  10. ^ Reebough, William S (2007). „Oceánská biogeochemie metanu“. Chemické recenze. 107 (2): 486–513. doi:10.1021 / cr050362v. PMID  17261072.

Bibliografie

  • Dennis D. Coleman; J. Bruno Risatti; Martin Schoell (1981) Frakcionace izotopů uhlíku a vodíku bakteriemi oxidujícími metan | Geochimica et Cosmochimica Acta | Svazek 45, číslo 7, červenec 1981, strany 1033-1037 |https://doi.org/10.1016/0016-7037(81)90129-0 | abstraktní

externí odkazy