Экология/4.Промышленная экология и медицина труда

Демченко О.О., Семенова О.А.

Національний університет харчових технологій, Україна

Механізм утворення метану в зв'язку з фізіологією метаноутворюючих бактерій

Шляхи утворення метану можуть бути різні, але серед них, безсумнівно, є головний, загальний для перетворення всіх речовин, здатних піддаватися метановому бродінню. Більшість думок сходиться на тому, що таким механізмом є відновлення СО₂ і воно, ймовірно, справедливо. Однак експериментальних доказів цього наведено недостатньо, оскільки методичний підхід до проведення таких експериментів не можна вважати правильним. При постановці цих експериментів передбачалося, що метаноутворюючі бактерії відновлюють СО₂ молекулярним воднем, що утворюється різними шляхами в процесі бродіння. Однак це не узгоджується із загальнобіологічним уявленням про обмін речовин, оскільки молекулярний водень, що утворюється як гранично відновлений продукт анаеробного обміну, не може піддаватися окисненню в анаеробних умовах. Для відновлення СО₂ мікробна клітина, безсумнівно, використовує активний водень. У зв'язку з цим відновлення СО₂ слід розглядати лише як частину загального механізму, і його не можна здійснити зазначеним вище способом на відміну від стадій, що забезпечують цей процес активним воднем у вигляді відновлених дегідрогеназ. Для їх створення необхідно окиснення органічних речовин. Приймаючи такий механізм утворення метану, необхідно вирішити питання про те, якими шляхами в одній і тій же клітині мікроорганізму відбувається утворення СО₂ і активного водню. До того ж, ці метаболіти мають утворюватися в будь-якому випадку, в тому числі і тоді, коли піддається бродінню одна яка-небудь речовина , оскільки метановому бродінню піддаються всі природні органічні сполуки[1].

Хімізм розкладання всіх органічних речовин добре вивчений, і при його аналізі можна сказати, що в більшості випадків є можливість утворення СО₂ в деяких процесах, наприклад, при окисненні жирних кислот утворення СО₂ до стадії ацетил-КоА не відбувається. У таких випадках треба вважати, що СО₂ утворюється при подальшій трансформації ацетил-КоА. Один із відомих шляхів перетворення цього метаболіту в анаеробних умовах - утворення оцтової кислоти. Згідно відомим даним оцтова кислота і є джерелом СО₂, з якого утворюється метан при метановому бродінні. Однак його відновлення метаноутворюючими бактеріями може відбуватися при наявності відновлених дегідрогеназ, що утворюються на попередніх стадіях розпаду речовини. Якщо метаноутворюючі бактерії не здатні здійснювати попередні стадії, то неможливе і утворення метану з карбоксильної групи оцтової кислоти. Використання відновлених дегідрогеназ метаноутворюючими бактеріями у супутніх мікроорганізмів виключається. Це означає, що метаноутворюючі бактерії споживають такі речовини, розкладання яких дає і СО₂ і відновлені дегідрогенази. При цьому не виключається можливість участі і оцтової кислоти як джерела СО₂, якщо мікроорганізми отримують активний водень з інших речовин[2].

Розглядаючи мікробіологічну сторону цього питання і враховуючи все сказане, можна прийти до висновку про необхідність змінити уявлення про фізіологію харчування збудників метанового бродіння і висловити припущення про те, що вони трансформують в метан будь-які речовини.

При великій різноманітності хімізму розкладання органічних речовин, необхідний загальний проміжний метаболіт, через який всі речовини включалися б у єдину схему утворення метану і яка володіла би здатністю забезпечувати і конструктивні потреби організму. Таку роль не може виконувати оцтова кислота. Ймовірно, метанове бродіння не представляє виключення щодо центральних метаболітів, якими у всіх біологічних процесах є піровиноградна кислота та ацетил-КоА. Остання сполука задовольняє вимогам попередника як двовуглецевий радикал, який може декарбоксилюватися за схемою, подібною за схемою, яка подібна розпаду оцтової кислоти, утворюючи два одновуглецевих радикали причому один з них - метильна група, яка перетворюється в метан з участю якогось переносчика, а інший піддається послідовному відновленню в метан з участю дегідрогеназ. На перший погляд, це мало що змінює у порівнянні із відомою схемою перетворення оцтової кислоти, однак більшою мірою відповідає загальновідомим положенням фізіології: оцтова кислота як кінцевий продукт анаеробного окиснення не може знову використовуватися в якості субстрату в тих же анаеробних умовах. Крім того, ацетил-КоА дає і будівельний матеріал. Енергетичні потреби при цьому забезпечує той же механізм відновлення СО₂, який передбачається в інших схемах, але із суттєвими відмінностями. Одне з них полягає в тому, що відновленню не підлягає не просто СО₂, а карбонати, які утворюються в результаті хімічної взаємодії СО₂ з водою. Це дозволяє провести аналогію розглянутого енергетичного процесу з процесами редукції сульфатів і нітратів і назвати його редукцією карбонатів[3].

Література:

1. Біохімічні процеси екологічних технологій: курс лекцій // Н.О. Бублієнко, О.І. Семенова, Т.Л.Ткаченко. – К.:НУХТ, 2012.– 22 – 23 с.

2. Никитин, Г. А. Метановое брожение в биотехнологии [Текст] : учеб. пос. / Г. А. Никитин. – К. : Выща шк., 1990. – 207 с. + Гриф МОН. – 0-35.

3. Левандовський Л. В. Біологічна хімія / Л. В. Левандовський, В. Г. Дрюк, О. І. Семенова. – Київ: НУХТ, 2012. – 363 с.