專門的酶機制使產(chǎn)甲烷微生物能夠在極端能量限制下茁壯成長

產(chǎn)甲烷古細菌使用復雜的酶系統(tǒng)生活在能量有限的缺氧環(huán)境中。節(jié)省能量的一個關(guān)鍵機制是電子分叉，這是一種“分裂”一對電子能量的反應(yīng)，以犧牲另一個為代價，使一個電子的能量減少更強烈。馬克斯普朗克陸地微生物研究所(馬爾堡)和生物物理學研究所(美因河畔法蘭克福)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種來自產(chǎn)甲烷古細菌的大量酶復合物，可將電子從電子分叉反應(yīng)直接轉(zhuǎn)移到 CO2還原和固定。他們對這些高效能源轉(zhuǎn)換過程的詳細見解可能為可持續(xù)生物技術(shù)發(fā)展開辟新的可能性。

據(jù)估計，每年由稱為產(chǎn)甲烷古細菌的厭氧微生物產(chǎn)生 10 億噸甲烷。由于甲烷是一種強效溫室氣體，大氣中甲烷濃度的增加威脅著人們的生命和生計。另一方面，通過厭氧消化廢物和廢水來捕獲生物產(chǎn)生的甲烷可能是一種可再生的燃料來源。因此，了解微生物甲烷形成的機制有可能刺激和支持環(huán)境保護工作。

產(chǎn)甲烷古細菌通過進行甲烷生成成功地競爭，甲烷生成是有機營養(yǎng)物質(zhì)厭氧分解的最后步驟之一，通常在極端條件下。大多數(shù)產(chǎn)甲烷古菌通過產(chǎn)甲烷循環(huán)從二氧化碳 (CO2) 和氫氣 (H2) 產(chǎn)生甲烷，涉及多種酶反應(yīng)。在典型的產(chǎn)甲烷棲息地中，這種反應(yīng)僅釋放少量能量，因此產(chǎn)甲烷菌需要高效的酶系統(tǒng)才能在這種能量有限的環(huán)境中茁壯成長。

產(chǎn)甲烷循環(huán)的一個特別復雜的步驟稱為基于黃素的電子分叉 (FBEB)。在這個反應(yīng)中，一對電子的能量被分裂，因此一個電子以另一個電子為代價而變得更強烈地減少。假設(shè)產(chǎn)甲烷菌通過在細胞中自由擴散的小電子載體蛋白鐵氧還蛋白轉(zhuǎn)移來自該反應(yīng)的高能電子以固定 CO2。

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