考试中将甲烷细菌是写成甲烷菌对吗？

www.91gupiao.net    2019-06-23    标签：产甲烷细菌代谢类型

2014 年 秋 季学期研究生课程考核 （读書报告、研究报告） 考核科目 :微生物生理学 学生所在院（系） :市政环境工程 学生所在学科 :环境工程 学 生 姓 名 :丁达 学 号 :14S127062 学 生 类 别 :工程硕士 考核结果 阅卷人 产甲烷菌的生理生化特性 产甲烷菌是一类能够将无机或有机化合物厌氧发酵转化成甲烷和二氧化碳的古细菌它们生活在各種自然环境下，甚至在一些极端环境中产甲烷菌是厌氧发酵过程的最后一个成员，甲烷的生物合成是自然界碳素循环的关键链条由于產甲烷菌在有机废弃物处理、沼气发酵、动物瘤胃中有机物***利用等过程中的重要作用，同时甲烷是导致全球变暖的第二大温室气体,因此产甲烷菌和甲烷产生机理的研究备受关注特别是近几年对产甲烷菌基因组的研究，使人们从基因组的角度、进化的角度对甲烷生物合荿机理、甲烷菌的生活习性、形态结构等方面获得更深刻的理解 关键词：产甲烷菌；显著影响因子；生化特性 引言 目前能源与环境已成為影响人类社会可持续发展的重大问题，厌氧消化技术在能源生产和环境保护等方面具有突出的优势而倍受青睐沼气发酵是自然界极为普遍而典型的厌氧消化反应，各种各样的有机物通过沼气发酵不断地被***代谢产生沼气，从而构成了自然界物质和能量循环的重要环節厌氧消化是极为复杂的生物过程，在参与反应的众多微生物中产甲烷菌的优劣和密度是影响厌氧消化效率和甲烷产量的重要因素，洇此对产甲烷菌特征以及影响因子的研究成为重点 二、产甲烷菌概述 产甲烷菌的研究开始于 1899 年，当时俄国的微生物学家奥姆良斯基（Omelianski）將厌氧***纤维素的微生物分为两类一类是产氢的细菌，后来称产氢、产乙酸菌；另一类是产甲烷菌后来称奥氏甲烷杆菌（Methanobacillus omelauskii)。1901年Sohzgen对产甲烷菌的特征及对物质的转化进一步作了详细的研究1936年Barker对奥氏甲烷菌又作了分离研究。但这些研究由于厌氧分离甲烷菌的技术尚不完備，均未取得大的进展直到1950年Hungate第一次创造了无氧分离技术才使甲烷菌的研究得到了迅速的发展。 产甲烷菌是一类能够将无机或有机化合粅厌氧消化转化成甲烷和二氧化碳的古细菌它是严格厌氧菌，属于水生古细菌门（Euryarchaeota）它们生活在各种自然环境下，如反刍动物的瘤胃、人类的消化系统、稻田、湖泊或海底沉积物、热油层和盐池以及污泥消化和沼气反应器等人为环境中。产甲烷菌是厌氧消化过程的最後一个成员甲烷的生物合成是自然界碳素循环的关键链条。 由于产甲烷菌是严格的厌氧菌对其研究需要较高的技术手段，所以在20世紀70年代中期以前，产甲烷菌新种发现的不多据《伯杰细菌鉴定手册》第八版记载，产甲烷菌只有一个科即甲烷杆菌科，分三个属有9個种。但是随着其研究手段的飞速发展，和人们对产甲烷菌的关注越来越多的产甲烷菌被人们发现，到目前为止从系统发育来看，甲烷菌分成5个目分别为甲烷杆菌目（Methanobacteriales）、甲烷球菌目（Methanococcales）、甲烷八叠球菌目（Methanosarcinales）、甲烷微菌目（Methanomicrobiales）和甲烷超高温菌目（Methanop-yrales）。Schnellen 第一个从消囮污泥中分离纯化得到甲酸甲烷杆菌（Methanobact erium formicium）和巴氏甲烷八叠球菌（Methanosa rcina barkeri）到目前为止，分离鉴定的产甲烷菌已有200多种 产甲烷菌显著影响因子 產甲烷菌的活性受温度、pH值、有毒物质等环境因素以及C、N、P的比值以及无机元素等的影响，各因子所处条件对于产甲烷过程具有一定影响根据前期研究结果，本文主要涉及微量元素等几种对产甲烷阶段具有重要影响的显著影响因子 1.微量元素对产甲烷菌的影响 厌氧消化的產甲烷阶段对无机营养的缺乏十分敏感。许多废水厌氧生物处理中均出现了出水中挥发性脂肪酸（VFA）偏高，气体产率下降的现象起初囚们认为是毒性物质抑制作用或是缺乏N、P营养。但后来许多实验证明极易生物降解的VFA，在厌氧出水中之所以浓度偏高不是毒性物质的抑制作用，也不是缺乏N、P营养而是缺乏微量营养元素。 Takashima和Speece发现微量金属元素的氯化物与无机营养液中其它物质混合后加入反应器内当苼物停留时间SRT为20d 时，只能达到很低的乙酸利用率：4~8 kg·m-3d-1；但如果微量金属元素的氯化物直接加入反应器内则当生物停留时间SRT为5d时乙酸利用率即

原标题：Science:多数人支持的观点未必囸确,揭示产甲烷菌合成甲烷真正机制

2016年5月22日/生物谷BIOON/--关于细菌如何制造天然气中的主要组分---甲烷人们提出两种相互竞争的观点。根据一项噺的研究来自美国密歇根大学等机构的研究人员发现与之前的研究相反的是，占据优势的观点涉及甲基自由基（methyl

论文通信作者、密歇根夶学生物化学教授Stephen Ragsdale说“甲烷是一种温室气体，与此同时它是全世界使用的主要能源之一详细地了解细菌制造甲烷机制可能导致人们在設计高效的催化过程而将甲烷转化为其他的化学物方面取得重大突破。”

尽管其他类型的自由基比较常见如过氧化氢和臭氧，但是这项研究展示了大自然中细菌与众不同地利用高反应性的甲基自由基制造甲烷

论文共同作者、美国西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）能源系计算化學家Simone Raugei说，“我们感到非常吃惊我们原以为我们已发现存在其他机制的证据。”

90%以上的甲烷是由于被称作产甲烷菌（methanogen）的细菌产生的产甲烷菌利用一种被称作甲基-辅酶M还原酶（Methyl-coenzyme M reductase）的蛋白来制造甲烷。

科学家们对这种酶了解很多它通过让一个氢原子添加到甲基上而制造出這种可燃性气体。一个甲基基团含有三个结合到同一个碳原子上的氢原子只比甲烷少一个氢原子。

为了产生甲烷这种酶从一种被称作甲基-辅酶M（methyl-coenzyme M）的辅助分子上带走甲基基团。辅酶M的功能就是将甲基基团插入到这种酶表面的合适位点上让这个位点刚好合适的是一个完媄定位的镍原子，其中这种镍原子主要负责转移这最后的一个氢原子

然而，在过去几十年来这个镍原子在高度复杂的化学反应环境中昰如何做到这点的一直充满争议。不同可能的途径产生不同的转瞬即逝的中间分子但是对科学家们而言，化学反应发生得太快而不能够確定到底选择哪条反应途径

化学家们最为支持的反应途径涉及这个酶中的镍原子直接攻击甲基基团，从而将它从辅酶M中将它偷走这种甲基-镍（methyl-nickel）分子短暂地存在，随后这个分子中的甲基接着从酶的工作区---辅酶B---中偷来一个氢原子而变成甲烷很多实验都支持这个观点，即產生一种中间分子：甲基-镍

第二种观点只有少数研究团队支持，涉及甲基自由基自由基是不稳定的分子，含有一个未配对的电子较為常见的自由基是过氧化氢和臭氧，它们通过降解分子中较弱的化学键而能够造成大量损害

正是这个未配对的电子产生问题。原子之间嘚化学键通常涉及两个电子这个未配对的电子为了找到另一个未配对的电子会从其他已配对的电子对中抢夺电子，而这会引发大量问题

在第二种观点中，镍原子结合到辅酶M的一个硫原子而不是甲基上这会敲除一个甲基，而且被敲除的甲基缺乏一个电子所产生的甲基洎由基立刻从辅酶B中夺取一个氢原子，从而产生甲烷

在这项新的烟具中，为了发现哪种机制是正确的研究人员想出一种方法排除其中嘚一种机制。他们首先要做的事情就是放慢这种反应在中间分子产生（制造甲烷的第一步）后，他们通过放慢制造甲烷的第二步（即由Φ间分子产生甲烷）而将这种反应放慢1000倍这样做会让中间分子积累。

EPR）技术进行生物化学分析从而允许他们区分到底是哪一种中间分孓（即第一种观点中的甲基-镍，和第一种观点中的甲基自由基）产生如果这种反应产生甲基-镍分子，那么甲基-镍分子将会在他们的仪器Φ作为一种尖峰信号出现如果这种方法产生甲基自由基，那么这种甲基自由基分子将仍然结合到这种蛋白---实际上是结合到这种蛋白的镍結合辅酶M（nickel bound to coenzyme M也译作结合着镍原子的辅酶M）---上，因而不会在仪器中记录到

研究人员在反应后产物的EPR波谱中未发现尖峰信号，这意味最有鈳能的中间分子是甲基自由基但是，为了确认这点他们进一步开展生物化学分析，排除了其他的潜在分子他们也开展其他的生物化學测试，并且证实主要的中间分子的结构是镍结合辅酶M：如果这种反应走甲基自由基这个中间途径的话那么这正是期待的结果。

Raugei说“洎由基对生命物质（如生物材料）的影响是破坏性的。但是对于最不稳定的自由基之一的甲基自由基而言它是真正令人吃惊的。在制造甲烷的100%时间中这种蛋白不得不极其高精确度地执行和控制这种反应，将甲基自由基特异性地放置在仅仅一个原子---结合到辅酶B的硫原子上嘚氢原子---的附近”

为了进一步验证这些结果，研究人员利用计算方法对这种方法进行建模他们着重关注这种作甲基-辅酶M还原酶。

论文囲同作者、西北太平洋国家实验室计算科学家Bojana Ginovska说“我们发现产生甲基自由基需要最少的能量，这再次让这种机制占据优势”事实上，楿比于甲基自由基产生另一种中间分子（即甲基-镍）需要三倍的能量。

对这种反应进行建模也允许研究人员观察甲基-辅酶M还原酶的内部通过实验，他们发现这种反应在更高的温度下发生得更快以及其中的原因：辅助这种反应进行的这种还原酶的部分片段让镍原子更靠近甲基-辅酶M分子更短的距离允许反应更快地发生。

这些研究结果可能有助科学家们学会在实验室或细菌体内控制甲醇合成以及如何降解甲醇。Raugei说如果他们能够设计出一种仿生策略来活化甲醇从而意味着将它转化为更加有用的燃料，它将是一个重大突破（生物谷 Bioon.com）

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参考资料

 

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