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Titel: Energiestoffwechsel von Cytochrom-freien methanogenen Archaea bei Wachstum auf H2 und CO2
Autor: Kaster, Anne-Kristin
Weitere Beteiligte: Thauer, Rudolf Kurt (Prof.)
Erscheinungsjahr: 2011
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0063
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2011-00639
DOI: https://doi.org/10.17192/z2011.0063
DDC: Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.): Energy conservation of cytochrome-free methanogens growing on H2 and CO2

Dokument

Schlagwörter:
Wachstumsertrag, H2-threshold, Metronidazol, Ferredoxin, Growth yield, Ferredoxin, Methanothermobacter marburgensis, Methanothermobacter marburgensis, H2-Schwellenkonzentration, Methanosarcina barkeri

Zusammenfassung:
Methanogene Archaea sind Organismen, die Methan als Endprodukt ihres anaeroben Energiestoffwechsels bilden. Es gibt zwei stoffwechselphysiologisch unterschiedliche Gruppen: Zum einen die Cytochrom-freien Methanogenen, welche nur H2 und CO2 und/oder Formiat zu Methan umsetzen und zum anderen die Cytochrom-haltigen Methanogenen, die auf Acetat, Methanol und/oder Methylamin spezialisiert sind und von denen nur einige wenige auf H2 und CO2 wachsen können. Da lediglich der Energiestoffwechsel Cytochrom-haltiger Methanogener bei Wachstum auf H2 und CO2 weitgehend verstanden ist, war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, den Energiestoffwechsel Cytochrom-freier Methanogener aufzuklären. Dazu wurden zunächst die Wachstumserträge und H2-Schwellenkonzentrationen von zwei Cytochrom-freien Methanogenen bestimmt und mit denen eines Cytochrom-haltigen verglichen. Anschließend wurde die Kopplung des ersten und letzten Schrittes der Methanbildung aus H2 und CO2 auf Enzymebene untersucht.

Summary:
In methanogenic archaea growing on H2 and CO2 the first step in methanogenesis is the endergonic reduction of ferredoxin (Fd) with H2 and the last step is the exergonic reduction of the heterodisulfide CoM-S-S-CoB with H2 to coenzyme M (CoM-SH) and coenzyme B (CoB-SH). We recently proposed that in hydrogenotrophic methanogens the two reactions are energetically coupled via the cytoplasmic MvhADG/HdrABC complex. It is reported here that the purified complex from Methanothermobacter marburgensis catalyzes the CoM-S-S-CoB dependent reduction of Fd with H2. Per mol CoM-S-S-CoB added, which appeared to be completely reduced to CoM-S-H and CoB-SH, one mol of Fd was reduced indicating an electron bifurcation coupling mechanism: 2 H2 + Fdox + CoM-S-S-CoB → Fdred2- + CoM-SH + CoB-SH + 2 H+. This stoichiometry of coupling is consistent with an ATP gain per mol methane from 4 H2 and CO2 of near 0.5 deduced from a H2-threshold concentration of 8 Pa and a growth yield of up to 3 g per mol methane which we have determined for two hydrogenotrophic methanogens.


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