معلومة

8.15 ج: العتائق المنتجة للميثان - الميثانوجينات - البيولوجيا

8.15 ج: العتائق المنتجة للميثان - الميثانوجينات - البيولوجيا


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الميثانوجينات هي مجموعة مهمة من الكائنات الحية الدقيقة التي تنتج الميثان كمنتج ثانوي أيضي في ظل الظروف اللاهوائية.

أهداف التعلم

  • ناقش الخصائص المرتبطة بالعتائق المنتجة للميثان

النقاط الرئيسية

  • الميثانوجينات مسؤولة عن الميثان في تجشؤ الحيوانات المجترة وانتفاخ البطن عند البشر.
  • تلعب الميثانوجينات دورًا بيئيًا حيويًا في البيئات اللاهوائية عن طريق إزالة الهيدروجين الزائد ومنتجات التخمير التي تنتجها أشكال أخرى من التنفس اللاهوائي.
  • تلعب الميثانوجين دورًا رئيسيًا في إعادة تمعدن الكربون العضوي ، وفي ظل الظروف المناسبة يمكن أن تشكل خزانات من الميثانوجين ، وهو أحد غازات الدفيئة القوية.

الشروط الاساسية

  • المتطرفين: الشخص المتطرف (من الكلمة اللاتينية المتطرفة ، بمعنى "المتطرف" ، واليونانية philiā (φ) ، والتي تعني "الحب") هو كائن حي يزدهر في ظروف جسدية أو جيوكيميائية قاسية تضر بمعظم الحياة على الأرض.

العتائق الميثانوجينية ، أو الميثانوجينات ، هي مجموعة مهمة من الكائنات الحية الدقيقة التي تنتج الميثان كمنتج ثانوي استقلابي في ظل الظروف اللاهوائية. تنتمي الميثانوجينات إلى المجال البدائي ، الذي يختلف عن البكتيريا. توجد الميثانوجينات بشكل شائع في أحشاء الحيوانات ، والطبقات العميقة من الرواسب البحرية ، والفتحات الحرارية المائية ، والأراضي الرطبة. هم مسؤولون عن الميثان في تجشؤ الحيوانات المجترة ، كما هو الحال في ، وانتفاخ البطن عند البشر ، وغاز المستنقعات في الأراضي الرطبة. لا ينبغي الخلط بين الميثانوجينات والميثانوتروف ، التي تستهلك الميثان بدلاً من إنتاجه.

تلعب الميثانوجينات دورًا بيئيًا حيويًا في البيئات اللاهوائية عن طريق إزالة الهيدروجين الزائد ومنتجات التخمير التي تنتجها أشكال أخرى من التنفس اللاهوائي. لهذا السبب ، تزدهر الميثانوجينات في البيئات التي تم فيها استنفاد جميع متقبلات الإلكترون بخلاف ثاني أكسيد الكربون (مثل الأكسجين والنترات والحديد ثلاثي التكافؤ والكبريتات).

في الأمعاء البشرية ، يقلل تراكم الهيدروجين من كفاءة العمليات الميكروبية ، مما يقلل من إنتاجية الطاقة. الميثانوجينات مثل م. سميثي تعتبر محورية في إزالة هذا الهيدروجين الزائد من الأمعاء وقد تكون أهدافًا علاجية مفيدة لتقليل حصاد الطاقة لدى البشر الذين يعانون من السمنة المفرطة.

في الرواسب البحرية ، تقتصر عملية الميثان الحيوي بشكل عام على الأماكن التي يتم فيها استنفاد الكبريتات ، أسفل الطبقات العليا. تلعب الميثانوجينات دورًا رئيسيًا في إعادة تمعدن الكربون العضوي في رواسب الحواف القارية وغيرها من الرواسب المائية ذات معدلات الترسيب العالية والمواد العضوية. في ظل درجات الحرارة والضغط الصحيحين ، يمكن أن يتراكم الميثان الحيوي المنشأ في رواسب ضخمة ، والتي تمثل أجزاء كبيرة من الكربون العضوي والخزانات الرئيسية لغازات الدفيئة القوية.

يمكن لبعض الميثانوجينات ، التي تسمى الكائنات القاسية ، أن تزدهر في البيئات القاسية مثل الينابيع الحارة ، والفتحات المائية الحرارية تحت الماء ، والصحاري الحارة والجافة. تم العثور على الميثانوجينات مدفونة تحت كيلومترات من الجليد في جرينلاند ، وكذلك في الصخور "الصلبة" لقشرة الأرض ، على بعد كيلومترات تحت السطح.


الدليل البيئي على إنتاج الميثان الصافي والأكسدة في العتائق اللاهوائية المفترضة (ANME)

غالبًا ما يُفترض أن عتائق التغذية اللاهوائية غير المثقفة (ANME) تلزم الميثانوتروف غير القادرة على تكوين الميثان الصافي ، وبالتالي تُستخدم كوكلاء لأكسدة الميثان اللاهوائية في العديد من البيئات على الرغم من عدم اليقين فيما يتعلق بقدراتها الأيضية. تعمل أكسدة الميثان اللاهوائية على تنظيم انبعاثات الميثان في الرواسب البحرية ويبدو أنها تحدث من خلال انعكاس عملية التمثيل الغذائي المنتجة للميثان. اختبرنا الافتراض القائل بأن ANME تلزم الميثانوتروف من خلال اكتشاف وقياس النسخ الجيني لـ ANME-1 عبر مناطق أكسدة الميثان مقابل إنتاج الميثان في الرواسب من مصب نهر البلوط الأبيض ، نورث كارولينا. يقوم ANME-1 بنسخ 16S rRNA و mRNA من اختزال ميثيل الإنزيم M (mcrA) ، الجين الرئيسي لتكوين الميثان ، حتى 45 سم في رواسب ميثانوجينية. يُظهر CARD-FISH أن ANME-1 توجد كخلايا مفردة على شكل قضيب أو أزواج من الخلايا. يُظهر دمج توزيعات العمق المعيارية لـ 16S rDNA و rRNA (المقاسة بـ qPCR و RT-qPCR على التوالي) أن 26-77 ٪ من rDNA (وكيل لأرقام خلايا ANME-1) ، و18-76 ٪ من الرنا الريباسي (وكيل لنشاط ANME-1) يحدث داخل الرواسب المنتجة للميثان. هذه النتائج ، جنبًا إلى جنب مع إعادة تقييم التفسير المنشور ، تغير المنظور إلى ANME-1 كمواد ميثانوجينية قادرة أيضًا على أكسدة الميثان.


تكوين الميثان (مع رسم بياني) | الكائنات الحية الدقيقة

تقدم المقالة المذكورة أدناه ملاحظة حول تكوين الميثان.

بدائيات النوى المنتجة للميثان هي مجموعة من العتائق القادرة على تقليل ثاني أكسيد الكربون أو الأحماض الدهنية منخفضة الوزن الجزيئي لإنتاج الميثان. الميثانوجينات نشطة بشكل صارم في مجال الأكسدة والاختزال بين & # 8211350 & # 8211450 mv. يمكنهم استخدام أول أكسيد الكربون2 كمتقبل للإلكترون. أنها تقلل من ثاني أكسيد الكربون2 باستخدام H.2 أنتجت في عملية التخمير. يستخدمون ثاني أكسيد الكربون كمصدر وحيد للكربون ويعتبرون كيميائيًا صخريًا.

إذا تم اعتبار ثاني أكسيد الكربون متاحًا في شكل كربونات ، فسيكون التفاعل:

في المعادلة أعلاه المرقمة (i) ΔG 'ا (تسمى طاقة جيبس ​​الحرة) يعطي مؤشرا على إنتاجية الطاقة للتفاعل هو كيلو سعرات حرارية لكل مول. ΔG 'ا في التفاعلات الطاردة للحرارة (إنتاج الطاقة) سلبية. يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ميثان عبر مسار يتضمن أنزيمات مساعدة غير عادية.

لتبدأ بـ CO في البداية2 يرتبط بالميثانوفيوران عند مستوى اختزال الفورميل ويتبعه اختزال إلى مستوى الميثينيل والميثيلين والميثيل وأخيراً مستوى الميثان ، بما في ذلك عدد من الإنزيمات. تحول CO2 إلى مادة الخلية ليس وفقًا لمسار ريبولوز ثنائي الفوسفات الموجود بشكل شائع في الكيميائيات الأخرى بدلاً من مسار سينسيز أسيتيل CoA.

من المهم ملاحظة أن مجموعة الميثيل من الأسيتات تتشكل عن طريق الاختزال التدريجي لثاني أكسيد الكربون2 إلى الميثيل عبر مسار رباعي هيدرو ميثانوبترين الذي يؤدي بخلاف ذلك إلى تطور الميثان. تنضم مجموعة الميثيل إلى مجموعة كاربونيل من الأسيتات المشتقة من اختزال ثاني أكسيد الكربون آخر2 إلى CO بواسطة نازعة هيدروجين أول أكسيد الكربون ، مما تسبب في تحفيز تخليق مجموعة الميثيل ، CO و HS & # 8211 CoA إلى acetyl CoA ولهذا السبب تم تسميته باسم acetyl CoA synthase.

تتم معالجة الأسيتات بدورها من خلال دورة حمض الكربوكسيل العكسي لإعطاء البيروفات وثلاثيات. هناك الميثانوجينات مثل Methanosarcina barken التي يمكنها استقلاب الميثانول والأسيتات والميثيلامين إلى الميثان وثاني أكسيد الكربون. التوليف المعروف أيضًا باسم التغذية المتقاطعة بين الميثانوجينات وغيرها من اللاهوائيات مثل Syntrophobacter المرتبط بالميثانوجينات يوسع نطاق الركائز المناسبة للميثانوجينات.

إنه لمن دواعي القلق العميق أن يتسرب جزء من الميثان إلى الغلاف الجوي ويشارك في العمليات الكيميائية الضوئية. يُقدّر حاليًا تركيز الميثان في الغلاف الجوي بنحو 1.7 جزء في المليون وهو يتزايد كل عام بنسبة واحد في المائة. لاستنتاج أن الميثانوجينات المختلفة قد طورت العديد من التفاعلات الأيضية لتوليد الطاقة الخلوية. تعتمد جميعها على التنفس اللاهوائي وكلها تنتج غاز الميثان. تنتج مسارات التمثيل الغذائي للميثانوجينات الميثان.

يمكن تقسيم مسار التمثيل الغذائي للميثانوجينات إلى ثلاث فئات:

(2) مسار الميثيل الغذائي ومسارات الأسيتيكلاستيك.

يتم تمثيل جميع المسارات الثلاثة في الشكل 6.3.

هناك عدد محدود من الميثانوجينات القادرة على أكسدة الكحولات الثانوية من أجل ثاني أكسيد الكربون2 الاختزال إلى الميثان. الميثانوجينات التي تنفذ ثاني أكسيد الكربون2 الحد من تولد الميثان يستخدم مسار تنفس لاهوائي متخصص (الشكل 6.4). اختزال ثاني أكسيد الكربون إلى غاز الميثان (CH4) من خلال سلسلة من الخطوات الاختزالية التي تولد مجموعة الميثيل. يستخدم هذا المسار العديد من الإنزيمات المختزلة والإنزيمات المساعدة F420 والنيكل المحتوي على أنزيم F430، ميثانوفيوران ، بروتين ميثانوبروتين وأنزيم م.


يتم دعم Zhe Lyu من خلال الأموال الأولية التي تقدمها كلية بايلور للطب. تلقى Zhe Lyu أيضًا دعمًا للسفر من NSF DEB 1928924 من خلال Brian Hedlund و Co-PIs للمشاركة في المؤتمر الدولي حول Geo-Omics of Archaea وتطوير أفكار بحثية حول العتائق المرتبطة بالبشر.

الانتماءات

قسم علم الفيروسات الجزيئية والأحياء الدقيقة ، كلية بايلور للطب ، هيوستن ، تكساس ، الولايات المتحدة الأمريكية

مركز Alkek لأبحاث Metagenomics والميكروبيوم ، كلية بايلور للطب ، هيوستن ، تكساس ، الولايات المتحدة الأمريكية


جامعة فلوريدا ، غينزفيل ، فلوريدا 32611 ، الولايات المتحدة الأمريكية

جامعة ولاية بنسلفانيا ، يونيفيرسيتي بارك ، بنسلفانيا 16801 ، الولايات المتحدة الأمريكية

جامعة فلوريدا ، غينزفيل ، فلوريدا 32611 ، الولايات المتحدة الأمريكية

جامعة ولاية بنسلفانيا ، يونيفيرسيتي بارك ، بنسلفانيا 16801 ، الولايات المتحدة الأمريكية

الملخص

على الرغم من أن أعضاء المجال Archaea بدائية النواة في بنية الخلية ، يكشف تسلسل 16S rRNA أنهم يشكلون مجموعة متماسكة نسبيًا ، وهي منفصلة عن كل من البكتيريا (Eubacteria ، المجال Bacteria) و eucaryotes (Eucarya ، المجال Eucarya). تتميز العتائق أيضًا بتكوين الأثير الدهني للأغشية السيتوبلازمية ومكونات جدار الخلية غير الموجودة في مجالات البكتيريا أو Eucarya. كما هو الحال في البكتيريا ، يحدث النسخ والترجمة في الأركيا في نفس الحجرة الخلوية. على عكس البكتيريا ، تمتلك Archaea بوليميريز RNA المعتمد على الحمض النووي والجينات مع عناصر محفز مشابهة لصندوق TATA من حقيقيات النوى. تنتج العتائق وتستخدم متماثلات لعوامل بدء النسخ حقيقية النواة ، والتي لا توجد في مجال البكتيريا. تعتبر الأركيا المنتجة للميثان (methanoarchaea) المجموعة الأكثر تنوعًا ودراسة على نطاق واسع في الأركيا. تعتبر methanoarchaea اللاهوائية كائنات حية نهائية في المرحلة اللاهوائية من دورة الكربون العالمية.


تم دعم هذه الدراسة من قبل برنامج البحوث ذات الأولوية الاستراتيجية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم (XDA24020104) ، ومؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية في الصين (41530856 ، 41430856) ، ورابطة تشجيع ابتكار الشباب التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم (2016284) ، وبرنامج الباحث العلمي في مقاطعة جيانغسو. (BRA2019333) ، وبرنامج المواهب الشابة من الدرجة الأولى في الصين (W03070089).

الانتماءات

مختبر الدولة الرئيسي للتربة والزراعة المستدامة ، معهد علوم التربة ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، نانجينغ ، 210008 ، الصين

Dong Li و Haowei Ni و Bo Sun & amp Yuting Liang

كلية هندسة البيئة والسلامة ، جامعة تشانغتشو ، تشانغتشو ، 213164 ، الصين

جامعة الأكاديمية الصينية للعلوم ، بكين ، 100049 ، الصين

مختبر الولاية الرئيسي لبيولوجيا إجهاد المحاصيل في المناطق الجافة ، كلية علوم الحياة ، جامعة شمال غرب A & ampF ، يانغلينغ ، 712100 ، الصين

كلية العلوم الحضرية والبيئية ، جامعة بكين ، بكين ، 100871 ، الصين

معهد علم الجينوم البيئي ، قسم علم الأحياء الدقيقة وبيولوجيا النبات ، جامعة أوكلاهوما ، نورمان ، أوكلاهوما ، أوكي ، 73019 ، الولايات المتحدة الأمريكية

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

مساهمات

ساهم جميع المؤلفين بمدخلات ومساعدة فكرية لهذه الدراسة والمخطوطة. طور Bo Sun و Jizhong Zhou و Yuting Liang الإطار الأصلي. ساهم كل من Dong Li و Haowei Ni في أخذ العينات والتجربة وتحليل البيانات. ساهم Yuting Liang و Dong Li في تطوير المخطوطات باقتراحات من Shuo Jiao و Yahai Lu. قرأ المؤلفون المخطوطة النهائية ووافقوا عليها.

المؤلف المراسل


شاهد الفيديو: درس تصنيف الكائنات الحية الدقيقة + حل التدريبات. الصف السادس. علوم. الوحدة الاولى. الدرس الثاني (كانون الثاني 2023).