Metanotrof
Metanotrofi ili metanofili su prokarioti koji mogu metabolizirati metan, kao jedini izvor ugljika i energije. Mogu rasti aerobno ili anaerobno, a za preživljavanje im je potreban jednougljično jedinjenje. Pod aerobnim uvjetima, oni kombinirauju kisik i metan formirajući formaldehid, koji se zatim ugrađuje u organske spojeve, preko serinskog puta ili ribuloza monofosfata (krnjeg) puta.[1][2][3][4]
Tip I metanotrofa su dio Gammaproteobacteria, koje koriste krnji put asimilacije ugljika. S druge strane, tip II metanotrofa su dio Alphaproteobacteria, koje i koriste serinski put asimilacije ugljika. Također ih karakterizira sistem interne membrane, unutar koje se odvija oksidacija metana. Metanotrofi se uglavnom javljaju u zemljištu, a posebno su uobičajeni u sredinama gdje se proizvodi metan. Njihova staništa uključuju okeane, blato, močvare, podzemna okruženja, zemljišta, rižina polja i deponije. Od posebnog su interesa za istraživače koji proučavanju globalno zagrijavanje, jer su značajni u globalnom bilansu metana.[5][6] Bezrazložna detoksikaciju nekih zagađivača životne sredine, kao što su hlorirani ugljikovodici, metanotrofe su učinili atraktivnim modelima za procese takve ebioremedijaciju. Metan je jednako i potencijalni stakleničkih plin, daleko jači od ugljendioksida. Stoga, metanotrofi imaju glavnu ulogu u smanjenju oslobađanja metana u atmosferu iz okruženja, kao što su rižina polja, deponije, bare i močvare, u kojima je proizvodnja metana relativno visoka. Razlike u načinu fiksacije formaldehida i strukture membrane dijele metanotrofe u nekoliko grupa, koje uključuju:
- Methylococcaceae i
- Methylocystaceae.
Iako su obje uključene su među Proteobacteria, pripadnici su različitih potklasa. Ostale metanotrofske vrste se mogu naći u grupi Verrucomicrobiae.
Metanotrofija je poseban slučaj metilotrofije, u kojoj se koriste jednougljična jedinjenja, koja su više nego reducirani ugljendioksid. Neki metilotrofi, međutim, također mogu iskoristiti i višeugljična jedinjenja koja ih razlikuje od metanotrofa koji su obično potrošači oksidatora metana i fmetanola. Jedini, do danas izolirani, fakultativni metanotrof i su članovi rodova Methylocella i Methylocystis.[6]
Methanotrophs oxidize methane by first initiating reduction of an oxygen atom to H2O2 and transformation of methane to CH3OH using methane monooxygenases (MMOs).[7] Furthermore, two types of MMO have been isolated from methanotrophs: soluble methane monooxygenase (sMMO) and particulate methane monooxygenase (pMMO). Cells containing pMMO have demonstrated higher growth capabilities and higher affinity for methane than sMMO containing cells.[7] It is suspected that copper ions may play a key role in both pMMO regulation and the enzyme catalysis, thus limiting pMMO cells to more copper-rich environments than sMMO producing cells.[8]
U funkcijskom smislu, metanotrofi se nazivaju metan oksidacijskim bakterijama; međutim, metan oksidirajuće bakterije obuhvataju i druge organizame koji se ne smatraju kao isključivi metanotrofi. Zato su metan oksidacijske bakterije podijeljene u četiri podgrupe:
- dvometanske asimilacijske bakterije (MAB), metanotrofi, i
- autotrofne amonijak oksidacijske bakterije (AAOB).
Metanotrofi oksidiraju metan po prvi pokretanjem reduciranjem atoma kisika u H2 O2 i transformacijae metana uCH3OH korištenjem metanske monooksigenaze (MMO). Osim toga, među metanotrofima su izolirane dvije vrste MMO: *rastvorljivi metan monooksigenazom ( sMMO) i
- čestice metan monooksigenaze (pMMO).
Ćelije koje sadrže pMMO su pokazale veće mogućnosti rasta i veći afinitet za metan od onih koje sadrže sMMO ćelije. Sumnja se da ioni bakra mogu imati ključnu ulogu i u regulaciji pMMO i u katalizi enzimom, čime pMMO ograničava ćelijama u okruženju koje je bogatije bakrom nego sMMO ćelije koje proizvode.
Istraživanja u morskim sredinama su otkrila da metan može biti oksidiran i anaerobno u kompleksu oksidacije metana archaea i sulfat-reducirajućih bakterija. Anaerobna oksidacije metana (AOM) uglavnom se javlja u morskim sedimentima bez kisika. Tačan mehanizam oksidacije metana pod anaerobnim uvjetima je i dalje tema rasprava, ali najšire prihvaćena teorija je da archaea koriste obrnuti putmetanogeneze. za proizvodnju ugljendioksid i drugih, nepoznatih supstanci. Ovaj nepoznati međuprodukt potom koriste bakterije koje reduciraju sulfate da dobiju energiju iz redukcije sulfata u sumporovodik. Anaerobnoi metanothrofi ne uključuju poznate aerobne metanotrofe; najbliži u odnosu na anaerobne metanotrofe su metanogene Methanosarcinales.
Nedavno je identificirana nova bakterija Candidatus methylomirabilis oxyfera koja ima sposobnost anaerobne oksidacije metana u redukciji nitrita, bez potrebe za sintrofskim partnerom. Na osnovu tih proučavanja, vjeruje se da M. m. oxyfera anaerobno oksidira metana korištenjem internog kisika iz dismutaza dušik oksida u dušik i kisik.[9]
Dijagram određivanja načina ishrane
uredi
- Autotrof
- Hemoautotrof
- Fotoautotrof
- Heterotrof
- Hemoheterotrof
- Fotoheterotrof
Također pogledajte
urediReference
uredi- ^ Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.
- ^ Nelson D. L., Cox M. M. (2013): Lehninger principles of biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.
- ^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
- ^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
- ^ Oremland, R. S.; Culbertson, C. W. (1992). "Importance of methane-oxidizing bacteria in the methane budget as revealed by the use of a specific inhibitor". Nature. 356 (6368): 421. Bibcode:1992Natur.356..421O. doi:10.1038/356421a0.
- ^ a b Holmes, A. J.; Roslev, P.; McDonald, I. R.; Iversen, N.; Henriksen, K.; Murrell, J. C. (1999). "Characterization of methanotrophic bacterial populations in soils showing atmospheric methane uptake". Applied and environmental microbiology. 65 (8): 3312–8. PMC 91497. PMID 10427012.
- ^ a b Hanson, R. S.; Hanson, T. E. (1996). "Methanotrophic bacteria". Microbiological reviews. 60 (2): 439–471. PMC 239451. PMID 8801441.
- ^ Lieberman, R. L.; Rosenzweig, A. C. (2004). "Biological Methane Oxidation: Regulation, Biochemistry, and Active Site Structure of Particulate Methane Monooxygenase". Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 39 (3): 147–164. doi:10.1080/10409230490475507. PMID 15596549.
- ^ Ettwig, K. F.; Butler, M. K.; Le Paslier, D.; Pelletier, E.; Mangenot, S.; Kuypers, M. M. M.; Schreiber, F.; Dutilh, B. E.; Zedelius, J.; De Beer, D.; Gloerich, J.; Wessels, H. J. C. T.; Van Alen, T.; Luesken, F.; Wu, M. L.; Van De Pas-Schoonen, K. T.; Op Den Camp, H. J. M.; Janssen-Megens, E. M.; Francoijs, K. J.; Stunnenberg, H.; Weissenbach, J.; Jetten, M. S. M.; Strous, M. (2010). "Nitrite-driven anaerobic methane oxidation by oxygenic bacteria". Nature. 464 (7288): 543–548. doi:10.1038/nature08883. PMID 20336137.
