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Methanogenese ist die Bildung von Methan durch bestimmte Mikroorganismen namens Methanogene. Methanogenese tritt auf, wenn Biomasse durch diese Bakterien in anoxisch Bedingungen zerlegt. Die Methanproduktion ist eine wichtige und weit verbreitete Form des mikrobiellen Stoffwechsels. Die Methanogenese ist für einen Großteil des im Boden vorkommenden Erdgases verantwortlich. Der Rest wird thermogen gebildet.^[1][2][3]

Organismen, die Methan produzieren können, wurden nur aus der Domäne Archaeen. Die meisten Methanogene können Kohlendioxid und Wasserstoffgas in Methan umwandeln. Selbst einfache organische Verbindungen wie Ameisensäure, Methanol und Methylamine werden dafür verwendet. Essigsäure, eine Verbindung mit zwei Kohlenstoffatomen, kann durch acetoklastische (essigsäurespaltende) Methanogene in Methan und Kohlendioxid umgewandelt werden. Bakterielle Fermentationsprodukte wie Milchsäure, Propionsäure und Buttersäure kann nicht für die Methanogenese verwendet werden.

Biochemie

Stoffwechselzyklus von Methanogenese, einschließlich Zwischenstufen.

Methanogenese ist eine Form von anaerobe Dissimilation,^[4] Das bedeutet, dass Methanogene keinen Sauerstoff für diesen Stoffwechselprozess verwenden. Im Gegenteil: Sauerstoff hemmt das Wachstum und die Aktivität von Methanogenen. Der endgültige Elektronenakzeptor bei der Methanogenese ist nicht Sauerstoff, sondern Kohlenstoff. Dieses Kohlenstoffatom kann in einer kleinen Anzahl organischer Verbindungen vorkommen, alle mit niedrigem Molekulargewicht. In den beiden am besten beschriebenen Stoffwechselwegen Essigsäure oder anorganisch Kohlendioxid die terminalen Elektronenakzeptoren:

CO₂ 4 Stunden₂  →  CH₄ 2 H₂Ö

CH₃COOH → CH₄ CO₂

Bei der anaeroben Verdauung von Kohlenhydraten wird H₂ und Acetat in einem Verhältnis von 2:1 oder weniger gebildet. huh₂ trägt somit nur 33% zur Methanogenese bei. Unter Umständen, zum Beispiel in der Verdauungstrakt, Acetat wird größtenteils in die Blutgefäße des Wirts aufgenommen und ist der Beitrag von H₂ größer in der Methanogenese.^[5]

Je nach pH-Wert und Temperatur können auch andere kleine organische Verbindungen zur Methanogenese verwendet werden, wie z.B. Methanol, Dimethylsulfid und Methanthiol.

Mechanismus

Im biochemischen Prozess der Methanbildung werden fünf Coenzyme beteiligt, nämlich Coenzym F420, Coenzym B, Coenzym M, Methanofuran und Methanopterin. Die Umwandlung von CH₃-S-Bindung im Methan erfolgt auf Basis eines dreiteiligen Komplexes bestehend aus Methyl-Coenzym M, Coenzym B und einer Nickelgruppe des Cofaktors F430.^[6]

Siehe auch

• Biogas
• Fermentation
• Elektromethanogenese