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Lexikon der Biologie: methylotrophe Bakterien

methylotrophe Bakterien [von *methylo- , griech. trophē = Nahrung], gramnegative, obligat aerobe Bakterien, die organische Substrate ohne Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung als Energie- und Kohlenstoffquelle nutzen können ( vgl. Infobox ): Einkohlenstoff-(C1-)Verbindungen (z.B. Methan oder Methylalkohol) und wenige Mehrkohlenstoffverbindungen, z.B. Dimethylamin und andere Methylamine, Formiat, Formamid, CO (Kohlenmonoxid), Dimethylether, Dimethylsulfid und andere Methylamine ohne C–C-Bindung. Obligat methylotrophe Bakterien verwerten ausschließlich diese Verbindungen (früher in der Familie Methylomonadaceae zusammengefaßt, heute Familien „Methylococcaceae“ und „Methylocystaceae“); fakultativ methylotrophe Bakterien wachsen dagegen auch auf Kohlenstoff-Verbindungen mit C–C-Bindungen (z.B. Zucker [Saccharide], Säuren). Fakultativ methylotrophe Bakterien finden sich in verschiedenen Bakteriengruppen und -gattungen; aber auch eukaryotische Mikroorganismen können fakultativ C1-Verbindungen verwerten ( vgl. Tab. ). Obligat und fakultativ Methan-verwertende methylotrophe Bakterien werden auch als methanoxidierende Bakterien (oder methanotrophe Bakterien) bezeichnet. Zum Energiegewinn werden Methan oder die anderen C1-Verbindungen oxidiert (Oxidation) und die dabei freiwerdenden Reduktionsäquivalente (Redoxreaktionen) auf eine Atmungskette zur ATP-Bildung übertragen ( vgl. Abb. ). Die Synthese von Zellsubstanzen beginnt in der Regel mit einer Aufnahme von Formaldehyd (CHO) in den Ribulosemonophosphat-Zyklus oder den Serin-Weg (Serin). – Methylotrophe Bakterien sind überall dort verbreitet, wo Tier- und Pflanzengewebe zersetzt (Zersetzung) und vergärt (Gärung) werden, besonders in Habitaten, in denen Methan frei wird und in aerobe Zonen diffundiert. Kommerziell werden methylotrophe Bakterien zur Herstellung von L-Glutaminsäure, L-Serin, Vitamin B12 (Cobalamin) und anderen Stoffwechselprodukten sowie von Einzellerprotein aus Methanol verwendet; außerdem dienen sie zur Biotransformation von verschiedenen Kohlenwasserstoffen (auch von Ringsystemen) zu den entsprechenden Alkoholen, Aldehyden, Ketonen und Säuren. Von ökologischer Bedeutung ist auch die Abspaltung von Halogen aus organischen Verbindungen (Halogenkohlenwasserstoffe), z.B. von Brom aus Brommethan (Methylbromid). Methyl- und andere C1-Verbindungen können auch anaerob von methanbildenden Bakterien im Energiestoffwechsel als Elektronendonor genutzt werden. Anaerob wird Methanol auch von einem Buttersäuregärer („Butyribacterium methylotrophicum“) verwertet.

G.S.

methylotrophe Bakterien

Substrate obligat methylotropher Bakterien (bzw. methanotropher Bakterien):

Methan, Methanol, Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Tetramethylammonium, Formaldehyd, Formiat, Formamid, Dimethylether, Formamid-Dimethylether, Kohlenmonoxid, Dimethylcarbonat, Dimethylsulfoxid, Dimethylsulfid, Trimethylamin-N-oxid, Trimethylsulphonium

Abbau von Methan und anderen C1-Verbindungen im Atmungsstoffwechsel:



1 Methan-Monooxygenase, 2 Methanol-Dehydrogenase, 3 Formaldehyd-Dehydrogenase, 4 Formiat-Dehydrogenase, 5 Formaldehyd-Assimilation durch Serin-Weg oder Ribulosemonophosphat-Zyklus
PQQ = Pyrrolochinolinchinon (= Methoxatin)

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