BACTERIAS METANOGENICAS Urbano Manrique, Jhobers Rickch
Las bacterias metanógenas son microorganismos procariontes que viven en medios estrictamente anaerobios y que obtienen energía mediante la producción de gas natural, el metano (CH4).
FILOGENIA Y DIVERSIDAD procariota
las metanógenas están clasificadas en el grupo de los procariontes, y en el subgrupo de las arqueas (en el filo Euryarchaeota )
Existen grandes diferencias fisiológicas y morfológicas entre ellas. Por este motivo se han hecho cuatro subdivisiones, formando las siguientes clases: Methanobacteria Methanobacteria,, Methan ococci,, Methanomicrobia ococci Methanomicrobia y y Methanopyri
HABITAD
Las bacterias metanogénicas abundan en ambientes donde limitan aceptadores de electrones tales como O2, NO3-, Fe3+, y SO42-.
normalmente se desarrollan en ambientes en los que todos los receptores de electrones distintos al CO2 se han empobrecido
Sedimentos acuosos. Hábitats marinos. Animales rumiantes. Termitas. ( Xylophagous spp) Otros animales.
Metanogénesis
es la formación de metano metano por por microbios microbios.. Es una forma de metabolismo microbiano muy importante y extendida. En la mayoría de los entornos, es el paso final de la descomposición de la biomasa
La metanogénesis por reducción del CO2 es una forma de respiración anaeróbica
ETAPAS DE LA FERMENTACIÓN METANOGÉNICA La digestión anaeróbica es un proceso muy complejo tanto por el número de reacciones bioquímicas que tienen lugar como por la cantidad de microorganismos microorganism os involucrados en ellas. De hecho, muchas de estas reacciones ocurren de forma simultánea. si multánea.
Hidrólisis Etapa fermentativa o acidogénica: (ac. acético, fórmico, H2) (propiónico, butírico, valérico, láctico y etanol principalmente)
Etapa acetogénica (genera H2 y CO2 ) a partir de H2, CO2, acetato
LA METANOGÉNESIS Y EL CICLO DEL CARBONO
La conversión de CO2 en CH4 por las metanógenas hace que el ciclo del carbono, las metanógenas y la metanogénesis estén íntimamente ligados. Las metanógenas son parte importante del ciclo del carbono, ya que retornan este a la atmósfera desde condiciones anaeróbicas, en vez de que se acumule gradualmente en los lechos acuosos y atmósfera. Debido a las relaciones simbióticas que mantienen con organismos tales como el ganado y termitas, otra gran cantidad de metano es liberado. En el caso del metano producido en fondos marinos o lechos de lagos, la mayoría (alrededor del 90%) es consumido por las arqueas metanotrópicas, en una serie de reacciones de oxidación de 2-electrones. Dichas arqueas se encuentran por lo general en el límite entre medios anaerobios y aerobios y son organismos quimioheterótrofos. Oxidan el CH4 y producen CO2, pero no generan H2 por lo cual no se trata del proceso inverso de la metanogénesis.
MODOS METABÓLICOS ESPECIALES METANOTROFÍA METILOTROFÍA Un microorganismo es metilotrofo cuando emplea como fuente de carbono y energía el metano, metanol y otros compuestos reducidos de un átomo de carbono, bajo condiciones aeróbicas.
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El metan metanoo es el el result resultado ado de la la activ activid idad ad de de un grup grupoo muy especializado de bacterias que convierten los productos de fermentación de otros microorgan microorganismos ismos anaeróbicos (especialmente CO2, H2, formiato y acetato) bien en metano o bien en metano y dióxido de carbono). El metano se puede también oxidar anaeróbicamente. Esto lo realizan un conjunto de bacterias reductoras del azufre y archaea metanógenas que trabajan sintróficamente. Poco se sabe actualmente sobre la bioquímica y ecología de este proceso.
La metanogénesis es la producción biológica de metano. Es realizada por los metanógenas, archaeas estrictamente anaerobias tales como Methanococc Methanococcus, us, Methanocaldococcus, Methanobacterium, Methanobacteri um, Methanothermus, Methanosarcina, Methanosaeta y Methanopyrus.
SINTROFÍA La sintrofia, en el contexto del metabolismo microbiano, se refiere a la colaboración de varias especies para realizar una reacción química que, de otra forma, seria desfavorable energéticamente. energéticame nte. El ejemplo mejor estudiado de este proceso es la oxidación de los productos fermentantes finales (tales como acetato, etanol y butirato) por organismos tales como Syntrophomonas .
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Coenzima 420 .
Tetrahodrometanopterina ( H 4MPT)
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Factor F430
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Muchos Much os me meta tanó nóge geno noss so sonn capaces de reducir el anhídrido carbónico pasando sucesivamente a radicales formilo, metenilo, metileno y metilo, el cual se reduce a metano. La etapa más importante para la producción de energía es esta última. El suministro de electrones para las reacciones de reducción procede, según las especies, de la oxidación del hidrogeno, del formiato, del metanol, de metilaminas, del acetato y, en muy pocos casos, del metanol y del propanol. En los procesos referidos de reducción de CO2 se han
Cuadro de las Principales características de los Metanógenos. /Fuente: (Leininger,, S., et al. 2006) (Leininger
Crecimiento Crec imiento de Bacterias Metanógenas. - Cuando Cuando los metanó metanógeno genoss crecen de forma forma autotró autotrófica, fica, el CO2 CO2 es la princ principal ipal fuente fuente de carbono, sin embargo el crecimiento de casi todos ellos es estimulado por el acetato y en algunas especies por ciertos aminoácidos. En cultivos de laboratorio algunos metanógenos del rumen necesitan de una mezcla de ácidos grasos. Todos los metanógenos utilizan NH+ como fuente de nitrógeno y algunas especies fijan N2 (Methanosarcina, Methanococcus). El níquel es un componente de una coenzima metanogénica y está además presente en las enzimas hidrogenasa y Codeshidrogenasa. Estos organismos también requieren hierro y cobalto para su crecimiento. Tienen algunas coenzimas exclusivas que son portadoras de C1 o intervienen en las reacciones de óxido-reducción como donadores de electrones (2). La reducción del CO2 por lo general depende del H2, pero el formiato, el CO e incluso el Feº sirven como donadores de electrones. El Feº es oxidado a Fe++ y los electrones liberados se combinan con los protones para formar H 2, que es el donador inmediato en la metanogénesis. También los alcoholes pueden aportar electrones en unos pocos casos.
CO2 + 4 H2
CH4 + 2H2O
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MICROORGANIZMOS metilotroficos
Un metanotrofo es un microorganismo que tiene como unica fuente de carbono y energia, al metano u otros compuestos reducidos de carbono, en condiciones aerobicas. Entonces estos metanotrofos fabrican sus compuestos organicos exclusivamente con metano y por su oxidacion obtiene energia metabolica CH4 + O2 -----> CH3OH + H2O
El termino metanotrofo es muy semejante a metilotrofia que tambien utiliza al metano para obtener energía Los organismos que utilizan metano como fuente de carbono son altamente importantes en las tecnicas de biorremediacion, como en el efecto de invernadero Los pasos individuales en la oxidación de CH4 a CO2 se pueden resumir de la siguiente forma: CH4 -------> CH3OH --------> CH2O --------> HCOO– -----> CO2 Metano, Metanol, Formaldehído, Carboxilo, Dióxido de carbono
DEFINICIÓN: “
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Formación de metano por microbios
”
Es la formación de gas metano por microbios que actúan en el rumen en condiciones anaeróbicas.
EL RUMEN Y SUS CARACTERISTICAS Se encuentran una de las mas grandes densidades de
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población de microorganismos (bacterias, hongos y protozoos), los cuales varían en tipo y proporción según su alimento. La ausencia de aire en el rumen favorece el crecimiento de bacterias, entre ellas lasque pueden digerir las paredes de las células de las plantas (celulosa) para producir azucares sencillos (glucosa). Las bacterias son los principales agentes que actúan en la fermentación de los carbohidratos estructurales
CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICA S FÍSICO-QUÍMICAS •
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El rumen se puede considerar como un fermentador de temperatura constante que presenta condiciones anaeróbicas. el pH se mantiene en 6.5 debido a un tamponamiento producido por la saliva; y éste es importante ya que durante la fermentación se generan los ácidos orgánicos que tienden a bajar el pH.
PROCESO RUMINAL El proceso del rumen dura cerca de 9 horas. Los alimentos rumiados pasan por la redecilla, se devuelven a la boca donde se mastican y pasan al resto de compartimientos gástricos. digestión ruminal es La únicamente bacteriana. Estos microorganismos además de digerir azucares también son responsables de la producción de aminoácidos necesarios para el desarrollo del animal, que no necesita ingerirlos en la dieta.
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Los grupos principales son Ruminococcus y Bacteroides. El mantenimiento de microorganismos como Methanobacterium ruminatu m responsable de la formación de metano a partir de CO2 e H2 es imprescindible para el proceso. Arqueas, actúan como microorganismos metanògenos. Los protozoos ciliados tienen capacidad de degradación de celulosa y almidón mediante fermentación. Actúan como d epredadores de bacterias.
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Desde el punto de vista bioquímico se produce la degradación de la celulosa según el esquema siguiente:
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Los productos finales del proceso ruminal son los ácidos grasos de cadena corta, tambièn CO2 y CH4 ( 65% - 35%). El origen de metano está en la actividad de Methanobacterium ruminantium a partir del CO 2 y del H2 producidos en la fermentación ácida mixta. Estos gases se eliminan mediante eructos lo que, probablemente sirva para diseminar las bacterias en la población y, por otra parte, es origen de una gran cantidad del metano libre en la atmósfera.
FORMACIÒN DEL METANO EN EL RUMEN •
La fermentación microbiana que ocurre en el rumen transforma los carbohidratos, proteínas y glicerol a acetato, dióxido de carbono y amoníaco, produciéndose además metano, propionato y butirato como resultado de reacciones de transferencia de protones y electrones. El metano es un producto de desecho nutricional y puede representar entre el 2 y 12 % de la energía bruta consumida
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La producción de metano en el rumen tiene un efecto significativo en los productos finales de la fermentación. Las bajas presiones parciales de hidrógeno creadas por los metanògenos causan un cambio termodinámico en la producción de este elemento por los microorganismos fermentativos en un proceso de transferencia interespectiva de hidrógeno lo que resulta en la producción producción de H2 y acetato como principales.
