Methanogenese

Methanogenese ist der Stoffwechselprozess, bei dem methanogene Archaea Methan als Endprodukt der Energiegewinnung bilden. Sie arbeiten unter strikt anaeroben Bedingungen und spielen eine zentrale Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Natürliche Vorkommen finden sich in Feuchtgebieten, Sedimenten, in den Verdauungstrakten von Wiederkäuern und Termiten sowie in anaeroben Behandlungsanlagen.

Die Methanogenese verwendet drei Hauptsubstrate: Kohlenstoffdioxid mit Wasserstoff (Hydrogenotrophe Methanogenese), Acetat (Acetoklastische Methanogenese) und methylierte Verbindungen wie Methanol oder Methylamine (Methylotrophe Methanogenese). Die klassische Reaktion CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O illustriert die Hydrogenotrophe Methanogenese. Beim Acetoklastischen Weg wird Acetat direkt zu Methan und Kohlendioxid gespalten. Die Methylotrophe Methanogenese nutzt Methylgruppen aus Methanol oder Methylaminen. Ein zentrales Enzym ist Methyl-Coenzym M Reduktase, das die Reduktion von Methyl-CoM zu Methan katalysiert. Methanogene verwenden einzigartige Coenzyme wie Coenzym F420 und Methanofuran.

Ökologie und Phylogenie: Methanogene gehören zur Domäne Archaea und umfassen Gruppen wie Methanobacteria, Methanomicrobia und Methanococcales. Sie arbeiten oft in syntrophischen Gemeinschaften, in denen andere Mikroorganismen Wasserstoff oder organische Substrate liefern. Die Methanogenese trägt zum Abbau organischer Substanz bei, setzt aber Methan frei, ein starkes Treibhausgas, das die Atmosphäre beeinflusst. In Biogas- und Kläranlagen dient sie der Umwandlung organischer Reststoffe in Methan.

Bedeutung und Anwendungen: Methanogene sind Schlüsselkomponenten in natürlichen Ökosystemen und der Abwassertechnik. Sie ermöglichen die energetisch effektive Verwertung organischer Stoffe unter anaeroben Bedingungen. Technisch werden sie in Biogasanlagen genutzt, um Methan als Energieträger zu erzeugen. Forschungen befassen sich zudem mit Methanemissionen aus Landwirtschaft und Umweltmaßnahmen sowie mit der Steuerung methanogener Aktivität.

---