A formação do gás de efeito estufa é impulsionada por espécies reativas de oxigênio.
Por Max Planck Gesellschaft com informações de Science Daily.
É bem sabido que o metano, um gás de efeito estufa, é produzido por microorganismos especiais, por exemplo, nos intestinos de vacas ou em campos de arroz. Há alguns anos, os cientistas também observavam a produção de metano em plantas e fungos, sem encontrar uma explicação. Agora, os pesquisadores lançaram luz sobre o mecanismo subjacente. Suas descobertas sugerem que todos os organismos liberam metano.
O metano é um potente gás de efeito estufa, por isso o estudo de suas fontes e sumidouros biogeoquímicos naturais e antropogênicos é de enorme interesse. Por muitos anos, os cientistas consideraram que o metano era produzido apenas por micróbios unicelulares chamados Archaea, após a decomposição da matéria orgânica na ausência de oxigênio (anaeróbico).
Agora, uma colaboração de cientistas da terra e da vida liderada por Frank Keppler e Ilka Bischofs mostrou que uma enzima potencialmente não é necessária para a formação de metano, pois o processo também pode ocorrer por meio de um mecanismo puramente químico. “A formação de metano desencadeada por espécies reativas de oxigênio provavelmente ocorre em todos os organismos”, explica Leonard Ernst, pesquisador júnior treinado interdisciplinarmente que conduziu o estudo. Os cientistas verificaram a formação de metano por espécies reativas de oxigênio em mais de 30 organismos modelo, variando de bactérias e archaea a leveduras, células vegetais e linhas celulares humanas.
Foi uma sensação quando os pesquisadores de Max Planck descobriram a liberação de metano de plantas na presença de oxigênio (aeróbico) há 16 anos. No entanto, inicialmente os resultados foram duvidosos, uma vez que a formação de metano não poderia ser explicada com o conhecimento então existente sobre as plantas. Quando os pesquisadores observaram que também fungos, algas e cianobactérias (anteriormente algas verde-azuladas) formavam metano sob condições aeróbicas, as atividades enzimáticas foram assumidas como responsáveis. No entanto, os pesquisadores nunca encontraram uma enzima correspondente em nenhum desses organismos. “Este estudo é, portanto, um marco em nossa compreensão da formação aeróbica de metano no ambiente”, disse Frank Keppler, geocientista da Universidade de Heidelberg. “Esse mecanismo universal também explica as observações de nosso estudo anterior sobre a liberação de metano de plantas.”
Alta atividade celular leva a mais metano
Como os pesquisadores agora puderam mostrar usando a bactéria Bacillus subtilis, há uma estreita conexão entre a atividade metabólica e a extensão da formação de metano. A atividade metabólica, especialmente sob a influência do oxigênio, leva à formação de espécies reativas de oxigênio nas células, que incluem peróxido de hidrogênio e radicais hidroxila. Em interação com o elemento essencial ferro, ocorre a reação de Fenton – uma reação entre ferro reduzido e peróxido de hidrogênio que leva à formação de compostos de ferro tetravalente altamente reativos e radicais hidroxila.
As últimas moléculas conduzem a clivagem de um radical metila de compostos metilados de enxofre e nitrogênio, por exemplo, o aminoácido metionina. Em uma reação subsequente do radical metil com um átomo de hidrogênio, o metano é finalmente formado. Todas as reações podem ocorrer em condições fisiológicas em um tubo de ensaio e são significativamente potencializadas por biomoléculas como ATP e NADH, que são geradas pelo metabolismo celular.
Estresse oxidativo aumenta a formação de metano
Estresse oxidativo adicional, desencadeado por fatores físicos e químicos, por exemplo, temperaturas ambientes mais altas ou a adição de substâncias formadoras de espécies reativas de oxigênio, também levaram a um aumento na formação de metano nos organismos examinados. Em contraste, a adição de antioxidantes e a eliminação de radicais livres reduziram a formação de metano – uma interação que provavelmente controla a formação de metano nos organismos.
O estudo, portanto, também ajuda a explicar por que a produção de metano por um determinado organismo pode variar em várias ordens de magnitude e por que os fatores de estresse afetam particularmente a quantidade de produção. Mudanças nas condições ambientais e de temperatura causadas pelas mudanças climáticas podem influenciar os níveis de estresse de muitos organismos e, portanto, suas emissões atmosféricas de metano. Por outro lado, variações no conteúdo de metano da respiração podem indicar mudanças relacionadas à idade ou ao estresse no metabolismo celular.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Max-Planck-Gesellschaft . Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
Referência do jornal :
Leonard Ernst, Benedikt Steinfeld, Uladzimir Barayeu, Thomas Klintzsch, Markus Kurth, Dirk Grimm, Tobias P. Dick, Johannes G. Rebelein, Ilka B. Bischofs, Frank Keppler. Methane formation driven by reactive oxygen species across all living organisms. Nature, 2022; DOI: 10.1038/s41586-022-04511-9
