Metanogenesi

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La metanogenesi è la produzione di metano da parte di un gruppo di microbi appartenenti al regno Archea,[1] un gruppo tassonomico filogeneticamente distinto sia dagli Eucarioti che dai batteri, anche se molti organismi metanogenici vivono in stretta associazione con batteri anaerobici. La produzione di metano è un'importante e diffusa forma di metabolismo microbico. In molti ambienti naturali, è la fase finale del processo di decomposizione della biomassa. Una recente ricerca ha dimostrato che le foglie delle piante emettono metano.[2] Tuttavia questo meccanismo, le cui implicazioni sono di vasta portata, è ancora sconosciuto.

Biochimica e metanogenesi[modifica | modifica sorgente]

La metanogenesi è una forma di respirazione anaerobica[3]. Le forme di vita metanogene non utilizzano l'ossigeno, in quanto questo gas è addirittura tossico per questi organismi. Al posto dell'ossigeno questi organismi usano come accettore finale di elettroni il carbonio molto ossidato di alcuni composti, tutti con basso peso molecolare, come il biossido di carbonio. Gli elettroni, provenienti dall'ossidazione dell'idrogeno, dopo aver attraversato la catena di trasporto degli elettroni producendo energia, vengono ceduti al carbonio del substrato, riducendolo fino ad ottenere metano.

I substrati usati come accettori di elettroni sono divisibili in tre gruppi:

Seguono le formule chimiche che descrivono l'uso di biossido di carbonio e acido acetico come accettori terminali di elettroni:

CO2 + 4 H2 → CH4 + 2H2O

CH3COOH → CH4 + CO2

Dettagli del processo[modifica | modifica sorgente]

Schema del processo di metanogenesi

Per semplicità, viene mostrato il processo della metanogenesi a partire dal biossido di carbonio.

La biochimica della metanogenesi è relativamente complessa e coinvolge numerosi cofattori: coenzima F430, coenzima F420 coenzima B, coenzima M, metanofurano e metanopterina. Le prime due sono molecole adibite al trasporto di elettroni (come il NAD), mentre le restanti legano il carbonio accettore di elettroni durante il processo: metanofurano e metanopterina legano il carbonio con i doppietti elettronici non condivisi dei gruppi amminici, mentre i coenzimi B ed M usano i loro gruppi solfuro.

Frequenza della metanogenesi[modifica | modifica sorgente]

I microbi metanogeni non possiedono nucleo e gli organelli non eseguono salti di membrana (caratteristica degli organismi procarioti). I metanogeni sono considerati un gruppo di organismi molto antico e membri degli archeobatteri.

Gli organismi metanogeni possono essere osservati solo in ambienti privi di ossigeno, soprattutto nella materia organica in decomposizione, nelle paludi, nel tratto digestivo degli animali, e nei sedimenti acquatici. La metanogenesi avviene anche in aree dove l'ossigeno e la materia organica in decomposizione sono entrambi assenti, per esempio, sotto la superficie terrestre e precisamente nei giacimenti petroliferi e sotto la superficie del mare a grandi profondità soprattutto presso quei particolari ecosistemi prodotti dalle canne idrotermali.

L'importanza del ciclo del carbonio[modifica | modifica sorgente]

La fase finale della metanogenesi avviene durante il decadimento della materia organica. Durante tale processo gli elettroni recettori (ossigeno, ferro, solfato, nitrati e manganese si esauriscono, mentre si accumula idrogeno (H2), diossido di carbonio e materiale organico prodotto dalla fermentazione. Durante gli stadi avanzati del decadimento della materia organica, tutti gli accettori di elettroni si esauriscono ad eccezione del diossido di carbonio. Tale composto chimico è un prodotto di molti processi catabolici.

La fermentazione e la metanogenesi possono avvenire in assenza di elettroni accettori all'infuori del carbonio. Solo la fermentazione permette la scomposizione della maggior parte dei composti organici. La metanogenesi effettivamente rimuove i prodotti semi-finali di decadimento: idrogeno, composti organici, e diossido di carbonio. Senza il processo di metanogenesi una grande quantità di carbonio si accumulerebbe in un ambiente anaerobico.

La metanogenesi è utile all'umanità. Attraverso la metanogenesi, i rifiuti organici possono essere convertiti in biogas. La metanognesi avviene persino negli intestini degli esseri umani e nel rumine dei ruminanti.

Metanogenesi inversa[modifica | modifica sorgente]

La metanogenesi utilizza anche metano come substrato in congiunzione con la riduzione del solfato e del nitrato.[4]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ (EN) IUPAC Gold Book, "methanogens"
  2. ^ Kepler F;et al. - Emissioni di Metano da piante terrestri in condizioni aerobiche - Nature, 2006 - Volume 439, Pag. 187. http://www.nature.com/nature/journal/v439/n7073/abs/nature04420.html Nature 04420
  3. ^ Thauer, R. K., " "Biochimica e Metanogenesi: un Tributo a Marjority Stephenson", Microbiology, 1998, Vol.144, pag 2377-2496.
  4. ^ Thauer, R. K. and Shima, S., "Biogeochimica: Metano e microbi", Nature, 2006, 440, 878-879

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]