Jabarkan Metabolisme dari Metanogen

Metanogen dapat menghasilkan metana dari substrat seperti H2 / CO2, asetat, format, metanol dan metilamina dalam proses yang disebut metanogenesis. Reaksi metanogenik dikatalisasi oleh kumpulan enzim dan koenzim yang unik. Sementara mekanisme reaksi dan energetika bervariasi antara satu reaksi dan lainnya, semua reaksi ini berkontribusi pada produksi energi positif bersih dengan menciptakan gradien konsentrasi ion yang digunakan untuk mendorong sintesis ATP. Reaksi keseluruhan untuk metanogenesis H2 / CO2 adalah:

CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O (∆G˚’ = -134 kJ/mol CH4)

Organisme yang dipelajari dengan baik yang menghasilkan metana melalui metanogenesis H2 / CO2 termasuk Methanosarcina barkeri, Methanobacterium thermoautotrophicum, dan Methanobacterium wolfei. Organisme ini biasanya ditemukan di lingkungan anaerobik.

Pada tahap paling awal metanogenesis H2 / CO2, CO2 berikatan dengan methanofuran (MF) dan direduksi menjadi formil-MF. Proses reduksi endergonik ini (∆G˚ '= +16 kJ / mol) bergantung pada ketersediaan H2 dan dikatalisis oleh enzim formyl-MF dehydrogenase.

CO2 + H2 + MF -> HCO-MF + H2O

Konstituen formil dari formil-MF kemudian ditransfer ke koenzim tetrahidromethanopterin (H4MPT) dan dikatalisis oleh enzim terlarut yang dikenal sebagai formil transferase. Ini menghasilkan pembentukan formil-H4MPT.

HCO-MF + H4MPT -> HCO-H4MPT + MF

Formil-H4MPT kemudian direduksi menjadi metenil-H4MPT. Metenil-H4MPT kemudian mengalami hidrolisis satu langkah diikuti dengan reduksi dua langkah menjadi metil-H4MPT. Reduksi bolak-balik dua langkah dibantu oleh koenzim F420 yang akseptor hidrida teroksidasi secara spontan.

HCO-H4MPT + H+ -> CH-H4MPT+  +  H2O (Formyl-H4MPT reduction)

CH-H4MPT+  + F420H2  -> CH2=H4MPT + F420 + H+  (Methenyl-H4MPT hydrolysis)

CH2=H4MPT + H2  ->  CH3-H4MPT + H+ (H4MPT reduction)

Selanjutnya, gugus metil dari metil-M4MPT ditransfer ke koenzim M melalui reaksi yang dikatalisis metiltransferase.

CH3-H4MPT + HS CoM  ->  CH3 S CoM + H4MPT

Langkah terakhir metanogenik H2 / CO2 melibatkan reduktase metil-koenzim M dan dua koenzim: N-7 mercaptoheptanoylthreonine phosphate (HS-HTP) dan koenzim F430. HS-HTP menyumbangkan elektron ke metil-koenzim M memungkinkan pembentukan metana dan disulfida campuran dari HS-CoM. Disisi lain, F430 berfungsi sebagai kelompok prostetik untuk reduktase. H2 mendonasikan elektron ke disulfida campuran dari HS-CoM dan meregenerasi koenzim M.

CH3-S-CoM + HS-HTP  ->  CH4 + CoM-S-S-HTP (Formation of methane)

CoM-S-S-HTP + H2  ->  HS-CoM + HS-HTP (Regeneration of coenzyme M)