Метаногени

Метаногени — археї, які виробляють метан як метаболічний побічний продукт. Вони поширені в болотах, де відповідають за вироблення болотного газу, і в кишечниках деяких тварин (наприклад жуйних тварин і людини), де вони відповідають за метеоризм. Вони також поширені в ґрунтах, в яких виснажений кисень. Деякі з них — екстремофіли, що мешкають в таких середовищах, як гарячі джерела і гідротермальні отвори дна.

Всі метаногени анаеробні. Всі вони швидко вмирають за наявності кисню. Деякі з них, так звані гідротрофи, використовують водень як джерело енергії (відновлюючий агент) і вуглекислий газ як джерело вуглецю. Частина вуглекислоти реагує з воднем, виробляючи метан і створюючи протонний градієнт через мембрану, який використовується для синтезу АТФ. На відміну від них, рослини і водорості використовують як відновлюючий агент воду. Інші метаногени використовують ацетат (CH₃COO^-) як джерело вуглецю і джерело енергії. Цей тип метаболізму називається «ацетотрофним», де ацетат руйнується, виробляючи вуглекислий газ і метан. Інші метаногени можуть використовувати метиловані сполуки, наприклад метиламіни, метанол і метантіол.

Метаногени відіграють життєво важливу екологічну роль в анаеробних оточеннях, видаляючи додатковий водень і продукти анаеробного метаболізму, які виробляють інші форми мікроорганізмів. Метаногени зазвичай активно ростуть в середовищах, де всі інші акцептори електрона (кисень, нітрати, сульфати і тривалентне залізо) виснажені.

Відомо понад 50 видів метаногенів, які поділяють на три класи — Methanobacteria, Methanococci і Methanopyri. Всі вони входять до типу Euryarchaeota. Метаногени — парафілетична група, і є деякі підстави припускати, що Methanococci — також парафілетична група.

Опис

Біогаз утворюється в результаті розкладання органічних сполук тваринного і рослинного походження. У складі біогазу основним компонентом є метан, який утворюється в результаті життєдіяльності метаноутворюючих бактерій. Але метаногени не здатні самостійно перетворити органічні сполуки на метан і вуглекислий газ, тому спочатку в процесі беруть участь кислотоутворюючі бактерії.

Ці мікроорганізми здатні перетворювати складні органічні сполуки на простіші, приміром, білки розщеплюються до пептидів і амінокислот, вуглеводи стають простими цукрами, а жири перетворяться на гліцерин і жирні кислоти. Після закінчення першої фази бродіння утворюються масляна, оцтова і пропіонова кислоти, спирти і альдегіди, а також ряд інших неорганічних сполук, зокрема сірководень, водень і аміак. Тільки після цього до роботи беруться метаногени.

Під дією ферментів і коферментів, що виробляються метаноутворюючими бактеріями, завершується цикл бродіння, внаслідок чого утворюється метан і вуглекислий газ, що входять до складу біогазу. Метаноутворюючі бактерії належать до архебактерій. Вони мають особливий апарат синтезу білку і склад клітинних стінок, що дозволяє їм отримувати енергію і засвоювати вуглекислоту. Розмножуються метаногени дуже повільно і проявляють підвищену чутливість до змін довкілля.

Інтенсивність газовиділення багато в чому залежатиме від умов, створених для життєдіяльності метаноутворюючих бактерій. Низька кислотність середовища пригнічує ріст метаногенів, тим самим зменшуючи корисний вихід біогазу. Кількість метану, що міститься у біогазі, залежить від складу органічних речовин, що переробляються. Якщо в їх складі містяться жири і протеїни, то в результаті вийде біогаз з високим вмістом метану. Але якщо біомаса складається з рослинних компонентів з великим змістом вуглеводів, то вміст метану буде не високим.

Оскільки вони не здатні виділяти тепло, але існувати можуть лише в теплі для підвищення ефективності їх роботи потрібно підігрівання. Залежно від необхідної для їх життєдіяльності температури метаногени бувають психрофільними — можуть жити при температурі від +5 °С до +20 °С, мезофільні — живуть при температурі від +30 °С до +42 °С, і термофільними які живуть при температурі від +54 °С до +56 °С. Метаногенні бактерії не виносять різких перепадів температури.

Кислотоутворюючі і метаноутворюючі бактерії містяться в рослинах, екскрементах тварин і у воді. Звичайно велику кількість цих мікроорганізмів можна зустріти у болотах, де відчувається брак кисню і наявні різні органічні сполуки. Вони є невід'ємною частиною анаеробного розкладання органічних речовин. Для переробки біологічної маси в спеціальних біогазових установках не потрібно спеціальне засіювання бактерій, оскільки вони вже містяться в ній. Екскременти тварин містять повний комплекс необхідних для їх розкладання мікроорганізмів, тому для їх переробки вимагається лише створити і підтримувати оптимальні умови для розвитку процесу бродіння.

Форми метаногенів

• Methanobacterium bryantii
• Methanobacterium formicum
• Methanobrevibacter arboriphilicus
• Methanobrevibacter gottschalkii
• Methanobrevibacter ruminantium
• Methanobrevibacter smithii
• Methanocalculus chunghsingensis
• Methanococcoides burtonii
• Methanococcus aeolicus
• Methanococcus deltae
• Methanococcus jannaschii
• Methanococcus maripaludis
• Methanococcus vannielii
• Methanocorpusculum labreanum
• Methanoculleus bourgensis (Methanogenium olentangyi & Methanogenium bourgense)
• Methanoculleus marisnigri
• Methanofollis liminatans
• Methanogenium cariaci
• Methanogenium frigidum
• Methanogenium organophilum
• Methanogenium wolfei
• Methanomicrobium mobile
• Methanopyrus kandleri
• Methanoregula boonei
• Methanosaeta concilii
• Methanosaeta thermophila
• Methanosarcina acetivorans
• Methanosarcina barkeri
• Methanosarcina mazei
• Methanosphaera stadtmanae
• Methanospirillium hungatei
• Methanothermobacter defluvii (Methanobacterium defluvii)
• Methanothermobacter thermautotrophicus (Methanobacterium thermoautotrophicum)
• Methanothermobacter thermoflexus (Methanobacterium thermoflexum)
• Methanothermobacter wolfei (Methanobacterium wolfei)
• Methanothrix sochngenii

Див. також

• Біогаз
• Відновлювані джерела енергії

Ресурси Інтернету

• Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз. Теория и практика.
• Eder Barbara, Schulz Heinz. Биогазовые установки / Практическое пособие. - 1996.

Література

• Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
• Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. ГОСТ 5542-87 (Росія).