1.9. Схема утворення метану з оцтової кислоти.

Перетворення метильної групи в метан при цьому відбувається за участі переносників — тетрагідрофолієвої кислоти (ТГФК), кофермента, що містить вітамін В₁₂ (СоВ₁₂), та інших біологічно активних речовин. Відновлення СО₂ в метан йде згідно відомому хімізму з врахуванням наших припущень відносно участі карбонатів. На перший погляд, запропонована схема утворення метану суттєво не відрізняється від раніше запропонованої схеми перетворення оцтової кислоти в метан, проте ця схема дає можливість привести у відповідність уявлення відносно фізіології метанутворюючих бактерій з сучасними уявленнями про обмін речовин.

Запропонована схема дозволяє пояснити також, чому при метановому бродінні будь-яких речовин завжди накопичується певна кількість оцтової кислоти: вірогідно, в силу фізико-хімічних умов, нестачі водню або інших факторів ацетил-КоА не повністю трансформується в метан і СО₂ і частково перетворюється в оцтову кислоту по схемі:

Рис. 1.10. Схема перетворення ацетил-КоА в оцтову кислоту.

Таке перетворення ацетил-КоА загальновідоме і має місце при гетероферментативному молочнокислому бродінні та інших анаеробних процесах. У випадку метанового бродіння при порушенні умов перетворення речовин може йти переважно в цьому напрямку, що і спостерігається на практиці (“кислотне” бродіння).

Приймаючи до уваги, що розклад речовин йде через стадію ацетил-КоА, можна уявити хімізм метанового бродіння будь-якого субстрату з врахуванням забезпечення енергетичних потреб метанутворюючих бактерій:

Окиснювані речовини

Рис. 1.11. Схема хімізму метанового бродіння будь-якого субстрату.

Дана схема забезпечує всі сторони метаболізму збудників метанового бродіння: проміжні метаболіти — ацетил-КоА і піровиноградна кислота, що утворюється з неї дають будівельний матеріал, а редукція карбонатів, що відбувається паралельно з цим забезпечує клітину енергією. Активний водень для редукції карбонатів утворюється з окиснюваних речовин.

З агальну схему перетворення речовин в метан можна подати наступним чином:

Рис. 1.12. Загальну схему перетворення речовин в метан.

Знаючи хімізм розкладу речовин, можна розрахувати співвідношення метану і СО₂, тобто якість горючого газу, що утворюється, при зброджуванні будь-якої речовини. Нижче наведені такі розрахунки, причому схеми розкладу подані не повністю, оскільки для розрахунку достатньо знати лише кількості активного водню (НАД·Н₂), СО₂ і метану, що утворюються.

Процес зброджування вуглеводів на прикладі глюкози можна представити у вигляді скороченої схеми:

Рис. 1.13. Розклад глюкози при метановому бродінні.

При розкладі вуглеводів до стадії ацетил-КоА теоретично є можливість утворення чотирьох молекул активного водню. Цього достатньо для відновлення однієї молекули СО₂ у метан. При зброджуванні вуглеводів утворення СО₂ відбувається з піровиноградної кислоти та на стадії ацетил-КоА. Всього утворюється чотири молекули СО₂, одна з яких відновлюється у метан, а три виділяються у вільному вигляді. Кількість метану у кінцевому результаті складе також три молекули: дві з них утворюються з метильної групи і одна — в результаті відновлення СО₂. Таким чином, при зброджуванні молекули моносахариду утворюється три моля метану і три моля вуглекислого газу. Їх співвідношення складає: 50% СН₄ : 50% СО₂.

При зброджуванні полісахаридів співвідношення газів буде приблизно таким же.

При зброджуванні вуглеводів та інших речовин утворюється невелика кількість вільного водню, що практично не впливає на співвідношення метану і СО₂.

На практиці при зброджуванні вуглеводів відносна кількість метану трохи більше, ніж 50%, з огляду на те, що частина СО₂ залишається в середовищі у розчиненому стані та у вигляді карбонатів.

Процес розкладу жирних кислот йде за схемою:

Р ис. 1.14. Розклад жирних кислот при метановому бродінні.

Окиснення кожного β-зв'язку жирної кислоти дає дві молекули відновлених дегідрогеназ і молекулу ацетил-КоА. З останньої утворюється молекула метану і молекула СО₂. Утворений СО₂ на половину відновлюється у метан (на повне його відновлення необхідно чотири молекули дегідрогеназ). У результаті при окисненні кожного β-зв'язку утворюється 1,5 моль метану і 0,5 моль СО₂, тобто співвідношення газів складає: 75% СН₄ : 25% СО₂. Це співвідношення зберігається при повному окисненні жирної кислоти, так як не залежить від кількості β-зв'язків. Розрахункове співвідношення підтверджується практичними і літературними даними: при зброджуванні жирних кислот відносна кількість метану складає більше 75%, оскільки частина СО₂ залишається у середовищі по вище зазначеним причинам [13].