Метанобразующие бактерии: биосинтез метана
Восстановление СО2 до СН4 требует переноса 8 электронов. Образующиеся на этом пути промежуточные продукты находятся не в свободном состоянии, а остаются связанными с переносчиками. Согласно предложенной модели на первом этапе СО2 связывается с переносчиком углерода, образуя карбоксипроизводное (X1-СООН), которое восстанавливается до формилпроизводного (X1-СНО). Второй этап метаногенеза включает перенос формильной группы на другой переносчик (Х2), который проводит С1-группу через две последовательные восстановительные реакции, приводящие к образованию метилпроизводного (Х2-СН3). На уровне образования метиленпроизводного (Х2-СН2) в процесс метаногенеза включается экзогенный формальдегид . Соединения, содержащие метильные группы (СН3ОН, СН3СООН, CH3NH2 и другие метиламины), подключаются на уровне метилпроизводного ( рис. 107 ). В этой же точке происходит разветвление анаболических и катаболических путей. Функция Х2 у метаногенов напоминает функцию тетрагидрофолата у ацетогенных эубактерий ( рис. 62 ).
На третьем конечном этапе метаногенеза, наиболее изученном, метильные группы с переносчика поступают на кофермент M (КоM-SH). Образуется метил-КоM. Далее следует его восстановление, сопровождающееся распадом комплекса и выделением СН4. Обе реакции катализируются метилредуктазной системой, представляющей сложный мультиферментный комплекс, в состав которого помимо фермента входят кофермент М, фактор F430 . Для активности системы необходимы АТФ, ионы Mg2+ и еще не идентифицированные кофакторы.
Кофакторы. У метаногенов обнаружено около 12 необычных кофакторов, участвующих в первичном метаболизме углерода и водорода.
Кофермент M - 2-меркаптоэтансульфоновая кислота - наиболее просто устроенный из известных коферментов:
HO3S-CH2-CH2-SH переходит обратимо в HO3S-СН2-СН2-S-СН3,
где HO3S-CH2 - КоM-SH, СН2-СН2 - метил-КоM
Кофермент M - переносчик и донор метильных групп. Служит субстратом для метилредуктазной системы, катализирующей восстановление метил-КоМ до СН4.
Фактор F420 - производное 5-деазафлавина ( рис. 108 , А). В окисленном состоянии при нейтральном и щелочном значении рН имеет характерный максимум поглощения при 420 нм. Переносчик электронов с низким окислительно-восстановительным потенциалом (-380 мВ). Вероятно, выполняет функцию акцептора электронов от гидрогеназы.
Фактор F430 - никельсодержащий тетрапиррол ( рис. 108 , Б); компонент метилредуктазнои системы, участвует в восстановлении метильной группы метил-КоМ до СН4.
Метаноптерин ( рис. 108 , В) участвует в переносе С1-групп в процессе восстановления СО2 до СН4 на уровне метенил-, метилен- и метилпроизводных.
Метанофуран ( рис. 108 , Г) также участвует в переносе С1-групп в процессе восстановления СО2 до СН4.
Фактор FB необходим для функционирования метилредуктазной системы. Структура пока не установлена.
Определенная роль в процессе метаногенеза принадлежит корриноидам - производным аналогов витамина В12 . Их функции связаны с переносом метильных групп. Считают, что метаногены могут при определенных условиях образовывать активные В12-зависимые метилтрансферазы, участвующие в синтезе метана.
