產(chǎn)甲烷古細(xì)菌使用復(fù)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(gè)關(guān)鍵機(jī)制是電子分叉，這是一種“分裂”一對(duì)電子能量的反應(yīng)，以犧牲另一個(gè)為代價(jià)，使一個(gè)電子的能量減少更強(qiáng)烈。馬克斯普朗克陸地微生物研究所(馬爾堡)和生物物理學(xué)研究所(美因河畔法蘭克福)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種來(lái)自產(chǎn)甲烷古細(xì)菌的大量酶復(fù)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(duì)這些高效能源轉(zhuǎn)換過(guò)程的詳細(xì)見(jiàn)解可能為可持續(xù)生物技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟新的可能性。
據(jù)估計(jì)，每年由稱為產(chǎn)甲烷古細(xì)菌的厭氧微生物產(chǎn)生 10 億噸甲烷。由于甲烷是一種強(qiáng)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(jì)。另一方面，通過(guò)厭氧消化廢物和廢水來(lái)捕獲生物產(chǎn)生的甲烷可能是一種可再生的燃料來(lái)源。因此，了解微生物甲烷形成的機(jī)制有可能刺激和支持環(huán)境保護(hù)工作。
產(chǎn)甲烷古細(xì)菌通過(guò)進(jìn)行甲烷生成成功地競(jìng)爭(zhēng)，甲烷生成是有機(jī)營(yíng)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(guò)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(zhǎng)。
產(chǎn)甲烷循環(huán)的一個(gè)特別復(fù)雜的步驟稱為基于黃素的電子分叉 (FBEB)。在這個(gè)反應(yīng)中，一對(duì)電子的能量被分裂，因此一個(gè)電子以另一個(gè)電子為代價(jià)而變得更強(qiáng)烈地減少。假設(shè)產(chǎn)甲烷菌通過(guò)在細(xì)胞中自由擴(kuò)散的小電子載體蛋白鐵氧還蛋白轉(zhuǎn)移來(lái)自該反應(yīng)的高能電子以固定 CO2。
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