Metanoxénese

A metanoxénese é a formación de metano no metabolismo microbiano. É unha forma de metabolismo microbiano presente só nas arqueas metanóxenas. En moitos ambientes é o paso final da descomposición da biomasa. Recentemente, demostrouse que o tecido das follas das plantas vivas emite metano ^[1], o que parece ocorre en condicións aeróbicas, pero desta produción non se sabe aínda moito, e outros estudos indican que as plantas poderían simplemente estar absorbendo metano do chan e despois soltándoo polas follas, pero non xerándoo ^[2]. Este artigo céntrase na mellor coñecida produción de metano por parte de microorganismos.

Bioquímica da metanoxénese

Produción de metano por redución do CO₂

A metanoxénese por redución do CO₂ é unha forma de respiración anaeróbica.^[3] Os microbios metanóxenos non utilizan o osíxeno para respirar; de feito, este gas inhibe o crecemento dos metanóxenos. O aceptor de electróns terminal na metanoxénese non é o osíxeno, senón o carbono. O carbono pode aparecer nun pequeno número de compostos orgánicos con pouco peso molecular. Os dous camiños mellor descritos implican a utilización de dióxido de carbono e acetato como aceptores finais de electróns:

CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2H₂O

Produción de metano a partir de moléculas orgánicas

Os procariotas metanóxenos poden producir tamén metano a partir de substratos orgánicos sinxelos como o ácido acético, o formiato, o metanol, a metilamina, o sulfuro de dimetilo e o metanotiol. No caso do ácido acético, por medio de experimentos co isótopo ¹⁴C demostrouse que o metano se orixina exclusivamente a partir do carbono metílico do ácido acético:

CH₃COOH → CH₄ + CO₂

Por tanto, estas bacterias poden producir metano a partir de formas parcialmente reducidas de carbono contido en compostos orgánicos.^[4]

A bioquímica da metanoxénese é relativamente complexa e implica os seguintes coencimas e cofactores: F430, coencima B, coencima M, metanofurano e metanopterina.

Organismos metanóxenos

Os organismos que poden realizar a metanoxénense chámanse metanóxenos. Os microbios que realizan a metanoxénese son procariotas. Son un grupo moi antigo de microorgasnismos pertencentes ao grupo das arqueas (arqueas metanóxenas). As arqueas metanóxenas conteñen encimas metiltransferases especiais co aminoácido pirrolisina e poden utilizar metilaminas.

Os metanóxenos son anaerobios estritos (morren en presenza de osíxeno), polo que só se encontran en ambientes nos que o osíxeno está ausente ou moi reducido. Sobre todo son ambientes nos que se produce unha descomposición de materia orgánica, como terreos pantanosos, o tracto dixestivo dos animais e sedimentos acuáticos. A metanoxénese tamén se dá en zonas onde non hai presenza de osíxeno nin descomposición de materia orgánica, como o subsolo profundo terrestre, as fontes hidrotermais das profundidades mariñas e os xacementos de petróleo.

Importancia no ciclo do carbono

A metanoxénese é o paso final na descomposición da materia orgánica en condicións anaeróbicas. Durante o proceso de descomposición, aceptores de electróns (como o osíxeno, ferro, sulfato, nitrato e manganeso) reducense, entanto que se acumulan hidróxeno (H₂) e dióxido de carbono. Tamén se acumulan compostos orgánicos lixeiros por fermentación. Durante as fases avanzadas da descomposición orgánica, todos os aceptores de electróns quedan reducidos excepto o dióxido de carbono. O dióxido de carbono é un produto da maioría dos procesos catabólicos, polo que non se reduce como outros aceptores de electróns potenciais.

Só a metanoxénese e a fermentación poden darse en ausencia de aceptores de electróns distintos do carbono. A fermentación só permite a rotura de compostos orgánicos de maior tamaño e produce compostos orgánicos pequenos. A metanoxénese elimina os produtos case finais da descomposición da materia orgánica: o hidróxeno, os compostos orgánicos pequenos e o dióxido de carbono. Sen a metanoxénese acumularíase unha gran cantidade de carbono (en forma de produtos da fermentación) nos ambientes anaeróbicos.

A metanoxénese é útil para a humanidade. Por medio dela os residuos orgánicos pódense converter en gas metano (biogás) que se pode aproveitar.

A metanoxénese dáse no intestino de moitos animais. Aínda que a metanoxénese non é esencial para a dixestión humana, é necesaria na nutrición dos animais ruminantes, como as vacas e as cabras. No rume destes animais, viven microorganismos anaeróbicos (incluíndo metanóxenos). Esta flora dixire a celulosa en formas utilizables polo animal. Sen os microbios do rume, as vacas non poderían sobrevivir.

Algúns humanos producen flatulencias que conteñen metano. Nun estudo das feces en nove adultos, só cinco contiñan microorganismos metanóxenos.^[5] Obtéñense resultados similares tomando mostras de gas do recto. A proporción de metano nas flatulencias humanas oscila entre o 0% e o 10%.^[6]

O metano que se acumula na atmosfera terrestre é un importante gas de efecto invernadoiro cun potencial no quecemento global 21 veces maior ca o do dióxido de carbono (como media en 100 anos), e a metanoxénese realizada no aparato dixestivo do gando e a descomposición da materia orgánica fan, pois, unha importante contribución ao quecemento do clima.

Metanoxénese inversa

Os metanóxenos tamén poden utilizar o metano como substrato en conxunción coa redución do sulfato e o nitrato.^[7]

Notas

1. Kepler, F.; et al. (2006). "Methane emissions from terrestrial plants under aerobic conditions.". Nature 439: 187–191. 
2. "Copia arquivada". Arquivado dende o orixinal o 12 de marzo de 2009. Consultado o 03 de abril de 2012. 
3. Thauer, R. K. (1998). «Biochemistry of Methanogenesis: a Tribute to Marjory Stephenson». Microbiology, 144: 2377-2406.
4. Stanier, R. Y., Doudoroff, M. & Adelberg, E. A. (1977). «Microbiología», 2ª edición. Ed. Aguilar, 932 pp. ISBN 84-03-20256-3
5. Miller TL; Wolin MJ, de Macario EC, Macario AJ (1982). "Isolation of Methanobrevibacter smithii from human faeces". Appl Environ Microbiol. 43(1): 227–32. PMC 241804. PMID 6798932. 
6. "Human Digestive System". Encyclopedia Britannica. Consultado o 14-11-2009. 
7. Thauer, R. K. and Shima, S. (2006). «Biogeochemistry: Methane and microbes». Nature, 440: 878-879