De aanmaak van methaan door micro-organismen verloopt via een methylradicaal. Dat hadden maar weinig onderzoekers verwacht en het is dan ook behoorlijk knap van moeder Natuur dat ze het werkend heeft weten te krijgen, valt op te maken uit een Amerikaanse publicatie in Science.

In de praktijk wil je meestal geen methaan máken maar het juist oxideren (‘verbranden’) teneinde energie te oogsten. Het zou zomaar kunnen dat dat óók het meest efficiënt verloopt via zo’n radicaal. Een route die vermoedelijk nog door niemand is uitgeprobeerd, juist omdat ze zo onwaarschijnlijk leek..

Die methaansynthese is vooral het werk van methanogene archaea, die samen ruim een miljard ton per jaar de atmosfeer in blazen. Voor de laatste stap zorgt methylcoënzym M reductase, een nikkelhoudend enzym dat een CH3-groep, aangedragen door methylcoënzym M, laat reageren met waterstof uit coënzym B.

Dat methylcoënzym M wordt afgekort als methyl-SCoM, wat aangeeft dat er een zwavelkern zit tussen de methylgroep en de rest van het coënzym. En de wetenschap vroeg zich al twintig jaar af hoe het actieve nikkel(I)ion in het enzym nu precies de methylgroep er af krijgt. In principe zijn er twee mogelijkheden: óf het bindt die methylgroep zelf, of het bindt de zwavelkern en laat zo de methylgroep er af vallen in de vorm van een vrij radicaal. Dat laatste lijkt minder waarschijnlijk omdat zo’n radicaal gevaarlijk reactief is en gemakkelijk een waterstofatoom van het verkeerde molecuul af sloopt. Vandaar dat de meeste onderzoekers voor mogelijkheid één gingen, ook al deden dichtheidsfunctionaaltheoretische berekeningen vermoeden dat dat energetisch veel ongunstiger is.

Probleem was tot nu toe dat deze reacties veel te snel verlopen om er aan te kunnen meten. Maar onderzoekers van Pacific Northwest Laboratory en de universiteit van Michigan hebben ze nu met een paar trucjes zo weten te vertragen dat ze met electron paramagnetic resonance-spectrometrie konden speuren naar tussenproducten. Daarbij vonden ze geen spoor van een methyl-nikkelcomplex. Methylradicalen kun je op deze manier niet meten maar als de complexen er niet zijn moeten die radicalen eigenlijk wel bestaan - een derde mogelijkheid is er eigenlijk niet.

Via een andere methode kon worden aangetoond dat nikkel wél aan coënzym M vast zit, wat bevestigt dat de reactie moet verlopen via de methylradicaal-route.

Dat dat goed afloopt, doet vermoeden dat het enzym zijn beide coënzymen zeer nauwkeurig naast elkaar positioneert. Het eerste waterstofatoom dat een methylradicaal tegenkomt, is dan gegarandeerd ook het juiste.

Bekend is dat dat enzym twee kanten op kan werken en dus ook methaan kan oxideren. Mogelijk kan de industrie daar ooit haar voordeel mee doen.

bron: PNNL