收稿日期 Received: 2014-08-19 接受日期 Accepted: 2014-10-11*国家重点基础研究发展规划项目（973项目，2013CB733502）和国家自然科学基金项目（31300447，41371268）资助 Supported by the State Key Basic R & D Program of China (973 Program, 2013CB733502 ), and the National Natural Science Foundation of China (31300447, 41371268)**通讯作者 Corresponding author (E-mail: lixz@cib.ac)
方晓瑜1, 2, 3 李家宝4, 5 芮俊鹏4, 5 李香真1, 2**
1中国科学院环境与应用微生物重点实验室（成都生物所） 成都 610041
2
中国科学院成都生物研究所环境微生物四川省重点实验室 成都 6100413
中国科学院大学 北京 1000494
中国科学院山地生态恢复与生物资源利用重点实验室（成都生物所） 成都 6100415
中国科学院成都生物研究所生态系统恢复与生物多样性保育四川省重点实验室 成都 610041
要 微生物产甲烷过程产生的甲烷约占全球甲烷产量的74%. 产甲烷过程对生物燃气生产和全球气候变暖等都有着重要的意义. 本文综述了产甲烷菌的具体生化代谢途径，其本质是产甲烷菌利用细胞内一系列特殊的酶和辅酶将CO 2或甲基化合物中的甲基通过一系列的生物化学反应还原成甲烷. 在这一过程中，产甲烷菌细胞能够形成钠离子或质子跨膜梯度，驱动细胞膜上的ATP 合成酶将ADP 转化成ATP 以获得能量. 根据底物类型的不同，可以将该过程分为3类：还原CO 2途径、 乙酸途径和甲基营养途径. 还原CO 2途径是以H 2或甲酸作为主要的电子供体还原CO 2产生甲烷，其中涉及到一个最新的发现——电子歧化途径；乙酸途径是乙酸被裂解产生甲基基团和羧基基团，随后，羧基基团 被氧化产生电子供体H 2用于还原甲基基团；
甲基营养途径是以简单甲基化合物作为底物，以外界提供的H 2或氧化甲基化合物自身产生的还原当量作为电子供体还原甲基化合物中的甲基基团. 通过这3种途径产甲烷的过程中，每消耗1mol 底物所产生ATP 的顺序为还原CO 2途径＞甲基营养途径＞乙酸途径. 由于产甲烷菌自身难以分离培养，未来将主要通过现代的生物技术和计算机技术，包括基因工程和代谢模型构建等最新技术来研究产甲烷菌的生化代谢过程以及其与其它菌之间的相互作用机制，以便将其应用于生产实践. 图3 表1 参86
关键词 产甲烷菌；生化代谢；还原CO 2途径；乙酸途径；甲基营养途径
CLC Q939.9
Research progress in biochemical pathways of methanogenesis *
FANG Xiaoyu 1, 2, 3, LI Jiabao 4, 5, RUI Junpeng 4, 5 & LI Xiangzhen 1, 2**
1
Key Laboratory of Environmental and Applied Microbiology, Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China 2Environmental Microbiology Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China 3
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 4
安全带包
Key Laboratory of Mountain Ecological Restoration and Bioresource Utilization, Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China 5
Ecological Restoration Biodiversity Conservation Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China
Microbial methanogenesis accounts for approximately 74% of natural methane emission. The process plays a major role in global warming and is important for bioenergy production. This paper reviews the biochemical pathways of methanogenesis. It is currently recognized that methanogenesis proceeds via three biochemical pathways depending on the carbon sources, including hydrogenotrophic, aceticlastic, and methylotrophic methanogenesis. Multiple enzymes and coenzymes are involved in the
process, during which Na + or proton gradient is created across the cell membrane, contributing to limited ATP synthe
s is. In the hydrogenotrophic pathway, CO 2 is reduced to methane with H 2 or formate as an electron donor. In the aceticlastic pathway, acetate is split into methyl and carboxyl group, then the carboxyl group is oxidized to produce H 2 which is used as the electron donor to reduce methyl group. In the methylotrophic pathway, methyl group is reduced with external H 2 or reducing equivalent from the oxidation of its own methy l group. The ATP gained from per mol substrate for
different pathways are as follows: hydrogenotrophic > methylotrophic > aceticlastic pathway. Due to the unculturability of most archaeal methanogens, understandings of the biochemical pathways of methanogenesis and the relationships between methanogens and other microbial communities will have to depend on new technologies including bioinformatics, gene engineering and metabolic modelling.
Keywords methanogen; biochemical pathways; CO 2-reducing methanogenesis; aceticlastic methanogenesis; methylotrophic
设备防尘罩methanogenesis
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产甲烷生化代谢途径研究进展 1期
产甲烷菌在地球碳循环中扮演着重要角，是有机物厌氧降解的末端功能类，能够将有机碳转化为甲烷. 它们广泛分布于地球的无氧环境中，从土壤到湖泊沉积物，从陆地到海洋，从零下的低温环境到100 ℃以上的高温环境，都有产甲烷菌的存在. 进化研究表明产甲烷菌是地球上最为古老的菌，目前有两个不同的假说均认为产甲烷菌是真核生物的祖先[1-2]. 与细菌和真核生物相比，产甲烷菌以甲
烷作为其厌氧呼吸终产物，具有更加独特的生化代谢特性. 另一方面，甲烷作为一种清洁能源，正越来越受到关注[3]. 同时，甲烷的高红外吸收以及对臭氧层的影响使之成为第二大温室效应气体，其产生的温室效应是CO 2的20-30倍[4-5]. 目前全球的甲烷排放量约为5×109-6×109kg/年[6]，其中大约74%的甲烷排放来自生物产甲烷[7]，大气中的甲烷含量正以每年2%的速度递增[8]. 因此研究产甲烷菌的生化代谢途径不仅能够增加我们对古菌特殊代谢途径的了解，而且能够为解决全球能源紧缺以及气候变暖等问题提供理论依据. 产甲烷菌能够利用的底物非常有限，仅能够利用CO 2、乙酸和简单甲基化合物这3类物质作为碳源产甲烷. 本文即综述产甲烷菌利用这3类底物产甲烷的具体代谢过程，详细阐述其中涉及到的能量转化过程、电子传递途径以及参与的关键酶和辅酶，介绍最新发现的电子歧化途径，即包含FDA 蛋白的复合体介导电子在脱氢
酶和氧化还原酶之间转移，从而完成能量储存的过程；同时
还对目前通过一些新技术和新方法对产甲烷菌生化代谢过程研究的进展情况予以总结.
1 产甲烷菌的特点
产甲烷菌是严格厌氧的原核生物，是已知的唯一一种能够代谢产甲烷的生物. 系统发育学上属于古菌域广古门
菌门（Euryarchaeota ）[9]. 已知的产甲烷菌分为7个目：
甲烷杆菌目（Methanobacteriales ）、甲烷球菌目（Methanococcales ）、甲烷微菌目（M e t h a n o m i c r o b i a l e s ）、甲烷八叠球菌目（Methanosarcinales ）、甲烷火球菌目（Methanopyrales ）、Methanocellales 和Methanoplasmatales （图1）. 前5个目中已经分离到很多纯菌种，研究较多[8]. Sakai 等于2008年从稻田里分离得到了一种仅利用H 2或甲酸还原CO 2生长产甲烷的菌
株，提出了Methanocellales 目[10]；
Paul 等于2012年在白蚁肠道中分离得到的一种与热原体目类似的菌，仅能够利用甲醇作为底物生长产甲烷，于是提出了Methanoplasmatales 目[11].
产甲烷菌分布广泛，主要存在于厌氧生态系统中，如：（1）湖泊、沼泽湿地、水稻田、污泥等；（2）生物体内，如反刍动物的瘤胃和人类、昆虫等的肠道内；（3）
土壤中的厌氧
图1 根据已经进行了全基因组测序的产甲烷菌的16S rRNA 基因序列构建的系统进化树. 粗竖线后面代表产甲烷菌所对应的产甲烷菌目. 数据来源于Silva
（www.arb-silva.de /）[12]
.
静电耳机Fig. 1 Phylogenetic tree based on 16S rRNA gene sequences of selected methanogens with sequenced genomes. Words behind thick vertical lines represent the order of methanogens. Data are from Silva (www.arb-silva.de/) [12].
3
21卷 方晓瑜等www.cibj/ Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报
团粒，如森林中的土壤团粒；（4）人工生物降解设施，如沼气池和生物反应器；（5）一些极端环境，如热泉、含硫热液口、
水底的热流等[8, 13-14]
. 尽管产甲烷菌在自然界中分布广泛，但其不能利用复杂的有机物作为能量来源，仅能够利用几种简单化合物作为产甲烷的底物，这些物质主要是CO 2、乙酸和简单甲基化合物. 根据其利用的底物可以将产甲烷菌分为3类：（1）还原CO 2型，主要利用H 2、甲酸作为电子供体还原CO 2产甲烷，例如Methanobrevibacter [15]；（2）甲基营养型，通过H 2还原甲基化合物中的甲基产甲烷或通过甲基化合物自身的歧化作用产甲烷，例如Methanococcus [16]；（3）乙酸型，通过裂解乙酸，将乙酸的羧基氧化为CO 2，甲基还原为甲烷，例
如Methanosaeta [17-18]
. Methanococcales 、Methanobacteriales 、
Methanomicrobiales 和Methanopyrales 目中几乎所有的甲烷
志愿预测
菌都利用H 2和CO 2途径产甲烷，其中很多种也利用甲酸. Methanosarcinales 利用含甲基的化合物如乙醇、甲胺等，其中Methanosarcina 和Methanosaeta 属能够利用乙酸，有些种还可以同时利用H 2/CO 2，是代谢多样性最高的甲烷菌. 多数甲烷菌是中温菌，但也有些为嗜热菌和耐低温菌.
2 产甲烷菌的生化代谢途径
甲烷菌的产甲烷过程包括一系列步骤，有众多酶参与（图2），最终将CO 2或C 1化合物中的甲基还原成CH 4
.
图2 产甲烷的生化代谢途径[27]. 图中反应（12）和（13）是所有生物产甲烷过程必需的生化代谢过程；
反应（1）至（5）是氢型甲烷菌CO 2还原途径产甲烷过程所特有的；反应（6）为甲基营养途径所特有的；反应（7）至反应（11）是乙酸途径所特有的生化过程. Fd ：铁氧化还原蛋白；MF ：甲烷呋喃；水平潜流人工湿地
H 4MPT ：四氢甲烷蝶呤；H 4SPT ：四氢八叠蝶呤；F 420：辅酶F 420氧化态；F 420H 2：辅酶F 420还原态；HS-CoM ：辅酶M ；HS-CoA ：辅酶A ；HS-CoB ：辅酶B ；
CoM-S-S-CoB ：异质二硫化物.
Fig. 2 Biochemical pathways of methanogenesis [27]. Reaction (12) and (13) are essential for all methanogens; reaction (1) to (5) exists in CO 2-reducing pathway of hydrogenotrophic methanogen; reaction (6) exists in methylotrophic pathway; reaction (7) to (11) exists in aceticlastic pathway. Fd: ferredoxin; MF: methanofuran; H 4MPT: tetrahydromethanopterin; H 4SPT: tetrahydrosarcinapterin; F 420: oxidized form coenzyme F 420; F 420H 2: reduced form coenzyme F 420; HS-CoM: coenzyme M; HS-CoA: coenzyme A; HS-CoB: coenzyme B; CoM-S-S-CoB: heterodisul fi de of CoM and CoB.
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产甲烷生化代谢途径研究进展 1期
2.1 关键酶
2.1.1 辅 酶 生物产甲烷过程需要多种酶和辅酶共同参与. 这些辅酶根据其功能的不同可以分为两类，一类是C 1的携带者，主要包括甲烷呋喃（MF ）、四氢甲烷蝶呤（H 4MPT ）、四氢八叠甲烷蝶呤（H 4SPT ）、辅酶M （HS-CoM ）. 另一类是电子载体，主要包括铁氧化还原蛋白（Fd ）、辅酶
B （HS-CoB ）、辅酶F 430、细胞素、FAD 、甲烷吩嗪（MP ）、辅酶F 420[18-20]. 下面就生物产甲烷过程中的几种特殊辅酶进行简单介绍.
MF 包含一个呋喃环和一个氨基基团，其中氨基碳用于
结合CO 2；
H 4MPT 和H 4SPT 类似，均为四氢叶酸的衍生物，用于甲酰、甲叉和甲基水平上C 1的转移，其转移方式与四氢叶
酸类似[21]. HS-CoM 是辅酶中分子量最小的一种，
化学名称为2-巯基乙磺酸（HS-CH 2CH 2SO 3-）[22]，在甲基转移酶的作用下巯基上的氢原子被甲基基团取代，是甲烷形成过程中的末端甲基载体. HS-CoB 的化学名称为磷酸-7-巯基庚基苏氨酸（7-mercaptoheptanoylthreonine phosphate ），它包含一个巯基和磷酸基团，其中巯基为其活性部位. 辅酶F 430是一种位于细胞膜上的含镍的类卟吩（Porphinoid ）化合物，其中Ni 为其
活性中心，它具有3个价态（+1、+2和+3），通过这3个价态的相互转变实现电子的转移[23]
. MP 是一种仅存在于甲烷八叠球菌目中的一种辅酶，其功能与其它细菌呼吸链中的醌类相似[20, 23].
辅酶F 420是一种去氮黄素衍生物，其在波长为420 nm 的紫外光下发出蓝绿荧光，可以利用这一特点初步鉴定是
否存在产甲烷菌细胞[24-25]. 辅酶F 420的电势较低，
既可作为氢化酶、甲酸脱氢酶和一氧化碳脱氢酶的电子受体，又可作为
NADP +还原酶的电子供体[26]
.
2.1.2 关键酶 图2中反应（12）和反应（13）是生物产甲烷过程中共有的步骤. 其中反应（12）是生物产甲烷过程的最后一步，它是由含镍的甲基辅酶M 还原酶（Mcr ）催化，以HS-CoB 为直接的电子供体还原CH 3-S-CoM 产生甲烷和CoB-S-S-CoM 的过程. 甲基辅酶M 还原酶是产甲烷菌所特有的一种酶（除甲烷营养型古菌外）[28]. 因此，编码Mcr 其中的一个亚基基因（mcrA ）可用于产甲烷菌的分类学研究[29-31]. Mcr 由α、β和γ三种不同的亚基组成一个（αβγ）2六聚体结构，同时，每分子Mcr 中含有2分子位于酶的活性中心的含镍辅酶F 430[32-33]. 目前通过对该酶的晶体结构分析推测该酶的催化过程分为3
步，
Ni(I)亲核攻击CH 3-S-CoM 形成中间产物HS-CoM 和[F 430]Ni(III)-CH 3，随后，
Ni(III)氧化HS-CoM 形成硫自由基（Thiyl radical ）·
S-CoM 和[F 430]Ni(II)-CH 3，最后，
HS-CoB 作为电子供体还原·
S-CoM 形成CoB-S-S-CoM 并将多余的电子转移给Ni
（II ）产生Ni （I ），
H +裂解[F 430]Ni(II)-CH 3产生甲烷[18, 34]. Mcr 具有两种系统发育不同的同工酶，分别为McrI 和McrII . Sabine 等通过对Methanobacterium thermoautotrophicum 的研究发
现，该菌中同时具有两种Mcr ，在H 2浓度高时，
该菌以McrII 为主，而在氢浓度低时，主要以McrI 为主起催化作用[35]. 后期研究表明M. thermoautotrophicum 中编码这两种同工酶的操纵子在该菌的生长初期主要编码合成McrII ，而在该菌的生长后期则主要编码合成McrI ，但对这个过程的具体机制目前还不
清楚[36-37]
.
反应（13）也是所有生物产甲烷所必需的. 其中CoB-S-S-CoM 可以被视为产甲烷过程的末端电子受体，它被异质二硫化物还原酶（Hdr ）还原，重新释放出HS-CoB 和HS-CoM ，其反应方程式为CoB-S-S-CoM + 2e - + 2H + →CoB-SH + CoM-SH [38]. Hdr 是一种与膜相结合的蛋白，目前发现有两种类型，一类是从Methanosarcina barkeri 中分离得到的HdrED ，它由
一个细胞素，两个嵌膜的Hdr 亚基组成[39]
. HdrED 在还原CoB-S-S-CoM 时以H 2、F 420H 2或Fd red 作为电子供体，通过细胞素和甲烷吩嗪来传递电子，在这个过程中会消耗细胞质中的质子，产生跨膜质子梯度用于合成ATP . 这种酶对于利用乙酸的产甲烷菌是必须的. 另一类是从Methanothermobacter thermoautotrophicum 和Methanothermobacter marburgensis 中分离得到的HdrABC . 含有HdrABC 的甲烷菌能够利用CO 2 + H 2生长，不能合成细胞素和甲烷吩嗪[40]. Thauer 等利用模型推测，在这些没有细胞素的产甲烷菌中存在由HdrABC 中的黄素（Flavin ）介导的电子歧化（Bifurcation ）过程，认为HdrABC 不直接参与能量的储存，而是与产甲烷过程第一步中的铁氧化还原蛋白（Ferredoxin ）的还原过程相偶联，产生钠离子梯度，用于ATP 的合成[19]. Buckel 等对这个过程进行了详细阐述[41]，具体过程见图3. B
uan 等通过对5种Methanosarcinales 进行测序发现，这些菌株的基因组中含有hdrED 基因，也包含hdrACB 基因，但是通过生化方法在Methanosarcinales 中还未发现HdrABC ；他们推测要么HdrED 或HdrABC 对细胞的生长条件存在偏好性，要么HdrED 或HdrABC 具有特殊的生理功能[42].
2.2 生化代谢过程
2.2.1CO 2途径 还原CO 2途径广泛存在于自然界中，除少数几种产甲烷菌没有还原CO 2途径外，绝大多数产甲烷均可以利用该途径产甲烷[19]. 在还原CO 2途径中，绝大部分产甲烷菌以H 2体，在氢酶作用下将电子传
递给Fd ox 还原CO 2，
因此这些菌又被称作氢营养型产甲烷菌（Hydrogenotrophic methanogen ）. 大多数产甲烷菌也能够利用甲酸作为电子供体还原CO 2，它们通过依赖F 420的甲酸脱氢酶和F 420还原性氢酶将4分子甲酸转化为4CO 2和4H 2再利
用H 2和CO 2产甲烷[43]
. 也有少数产甲烷菌利用CO 作为电子供体，在这个过程中3CO 先被氧化为3CO 2用于CO 2还原产甲烷[44-45]. 下面就氢营养型产甲烷菌的生化过程进行详细介绍.
在图2中，反应（1）至（5）是利用H 2还原CO 2途径的反应过程. 反应（1）至（4）由位于细胞质中的酶复合体催化；反应（5）是由位于细胞膜上的蛋白复合体催化. 反应（1）由甲酰甲烷呋喃脱氢酶（Fdh ）以还原的铁氧化还原蛋白（Fd red ）作为电子供体，还原CO 2为甲酰基共价连接于甲烷呋喃（MF ）的氨基基团形成CHO-MF 和氧化的铁氧化还原蛋白
（Fd ox ）[46]，Fd ox 随后利用H 2作为电子供体，在能量转化[NiFe]
氢酶（Ech ）的催化下产生Fd red ，
这个过程需要消耗能量或需要反向电子流（Reverse electron transfer ）. 不同产甲烷菌的Fdh 的结构具有一定的差异，但是其催化功能基本相似[47]. 接下来四氢甲烷蝶呤甲酰转移酶催化甲酰甲烷呋喃上的甲酰基转移到H 4MPT 的N 5基团上形成CHO-H 4MPT [反应（2）]. 随后甲酰四氢甲烷蝶呤环化水解酶和甲酰四氢甲烷蝶呤脱氢酶催化完成反应（3）. 其中甲酰四氢甲烷蝶呤脱氢酶（Mtd ）
5
21卷 方晓瑜等www.cibj/ Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报
根据其利用的电子供体分为两类：一类是辅酶F 420依赖型，
以辅酶F 420H 2作为电子供体[48]
；另一类是H 2依赖型，以H 2作为电子供体. 随后由甲酰四氢甲烷蝶呤还原酶以辅酶F 420H 2作为电子供体催化完成反应（4）. 研究发现该酶是辅酶F 420依赖型酶，由一个亚基组成，没有检测到辅基[49-50]. 最后辅酶M 甲基转移酶（Mtr ）催化完成反应（5）将甲基基团转移到HS-CoM 的硫醇基上形成CH 3-S-CoM ，伴随着甲基的转移会产生
钠离子梯度，用于ATP 的合成[51]
. Mtr 是由mtrECDBAFGH 操纵子编码的，由8个亚基组成的嵌膜蛋白复合体[52]. 其中亚基MtrA 中含有一个钴胺素（I ）辅基，它在催化循环中不断地被甲基化和去甲基化，去甲基化的过程中伴随着钠离子被泵出细胞膜，产生钠离子梯度[53]；从Mtr 复合体中分离得到的MtrH 能够利用CH 3-H 4MPT 催化自由钴胺素（I ）辅基转变为甲基化
的钴胺素（I ）辅基[54]；亚基MtrE 被认为能够将MtrA 中的类咕琳（Corrinoid ）辅基上的甲基基团转移到辅酶M 的巯基上，该反应是依赖钠离子的反应[55].
2.2.2自然界中约2/3的生物产甲烷来自于乙酸途径，然而仅Methanosarcina 和Methanosaeta 能够利用乙酸途
径产甲烷[27]. 还原甲基碳产CH 4，同时氧化其羧基碳产生CO 2. 在乙酸转变为乙酰辅酶A 的过程中，这两种产甲烷菌具有不同的反应机制. Methanosarcina 通过乙酸激酶[催化反应（7）]和磷酸转乙酰酶[催化反应（8）]利用1分子ATP 催化乙酸转变为乙酰辅酶A ；而Methanosaeta 则通过乙酰辅酶A 合成酶利用2分子ATP 催化乙酸转变为乙酰辅酶A [56]. 乙酰辅酶A 再由一氧化碳脱氢酶/乙酰辅酶A 合成酶复
合体（Codh/Acs ）催化以Fd ox 作为电子受体完成反应（9），产生CO 2和CH 3-H 4SPT . Codh/Acs 是解乙酸途径中的关键酶，
用于剪切乙酰辅酶A 上的C—C 和C—S 键. 在将甲基基团转移到H 4SPT 上形成CH 3-H 4SPT 的同时，利用Fd ox 作为电子受体氧化CO 产生CO 2和Fd red ，并将甲基基团转移到H 4SPT 上形成CH 3-H 4SPT . 不同的产甲烷菌所具有的Codh/Acs 结构有所差别，Methanosarcina thermophila 中该酶由5个亚基（α、β、γ、δ、ε）
组成，包含α和ε亚基组成的Ni/Fe-S 、
γ和δ亚基组成的Co/Fe-S 以及β亚基这3个部分[57]
；
M. barkeri 中的Codh/Acs 与其结构相似[58-59]，但它包含一个独特的类咕琳蛋白，推测其功能为接收
甲基基团[60]
；而在Methanothrix soehngenii 中仅由一个类似M. thermophila 中Ni/Fe-S 部分的α2β2组成[61]. 产生的Fd red 在Ech 的
催化下产生H 2和Fd ox 用于后续反应，
这个过程伴随着离子梯度的产生. 反应（9）中产生的CO 2可以在碳酸酐酶的作用下与H 2O 反应生成碳酸[反应（10）]，这个过程可以移去细胞质内多余的CO 2，增加产甲烷的效率. 随后四氢八叠甲烷蝶呤甲基辅
酶M 转移酶催化完成反应（11）产生CH 3-S-CoM ，
这个过程与反应（5）相似，也能够产生钠离子梯度，用于合成ATP . 2.2.3自然界中，仅甲烷八叠球菌目以及甲烷球菌目中的Methanosphaera 能够利用甲基营养途径产甲烷[27]. 该途径包含两种代谢模式，第一种为H 2依赖型代谢模式，它
以H 2作为电子供体，还原甲基化合物中的甲基基团产甲烷[62-63]
. 第2种模型为严格的甲基营养型，一部分甲基化合物被氧化产生CO 2以及还原当量，用于还原甲基化合物中的甲基基团
产甲烷[18, 21]
它们仅以甲基化合物为底物产甲烷，具体反应过程见图2.
甲基化合物首先在特殊的辅酶M 甲基转移酶系统（Mt ）的作用下以HS-CoM 作为电子供体，将甲基基团转移到HS-CoM 的巯基上产生CH 3-CoM [反应（6）]. 不同的底物所对应的Mt 不同，甲基营养型产甲烷菌能够利用的底物主要包括甲醇（Mta ）[64]、一甲胺（Mtm ）[65]、二甲胺（Mtb ）[66]、三甲胺
（Mtt ）[67]、
甲硫醇（Mts ）[68]. 每种Mt 均包含一个具有底物特异性的类咕琳蛋白和两个不同的甲基转移酶，分别表示为MT1（MtaB 、MtmB 、MtbB 和MttB ）和MT2（MtaA 、MtbA 和MtsA ），其中MT1催化还原态的类咕琳蛋白甲基化，MT2催化类咕琳蛋白上的甲基基团转移到HS-CoM 上，仅二甲硫醚
所具有的Mt 是由两个相同的MtsA 组成[69-70]
. 通过对这些甲基
转移酶系统的基因序列对比分析发现，
MT2蛋白序列具有高度相似性，其活性中心均含有锌，
同时其对应的类咕琳蛋白
图3 Methanothermobacter marburgensis 中MvhADG-HdrABC 复合体的结构和功能示意图[41]. 该复合体存在于大多数甲烷菌中（Methanomicro-biales 中的一些种除外），可以进行黄素介导的电子歧化过程（Flavin-based electron bifurcation ，即包含FDA 蛋白的复合体介导电子在脱氢酶和氧化还原酶之间转移）. Fd 的氧化还原电势低于FAD ，通常情况下，高电势的FAD 不能还原低电势的Fd . 而在电子歧化过程中，高电势的电子供体FAD 利用比自己有更高电势的电子供体（如CoM-S-S-CoB ）使自己部分氧化，而使另一部分的氧化还原电势降低，然后用来还原电势较低的Fd . 图中Fd 的结合位点是随意选择的，绿部分是氢酶的[NiFe]中心，
红部分为推测的电子传递过程. Fd ：铁氧化还原蛋白；Mvh ：甲基紫精
（Methyl viologen ）还原性氢酶；Hdr ：异质二硫化物还原酶.
巴氏杀菌锅
Fig. 3 Schematic representation of the structure and function of the MvhADG-HdrABC complex from Methanothermobacter marburgensis [41]. The complex is found in most methanogenic archaeas, except several members of the Methanomicrobiales. It can conduct the process of fl avin-based electron bifurcation (heterodimeric FAD containing proteins mediating electron transport between a dehydrogenase and an oxidoreductase). The potential of Fd is lower than FAD; higher potential FAD usually cannot catalyze the reduction of the low potential Fd. However, in flavin-based electron bifurcation, part of FAD is oxidized by giving electron to other electron donor with higher potential, for example CoM-S-S-CoB, and the other part of FAD is reduced, so that it can catalyze the reduction of Fd with lower potential.The binding site for Fd at HdrA is chosen arbitrarily. The [NiFe] center of the hydrogenase is highlighted in green. The guessed electron transfer pathway is highlighted in red. Fd: ferredoxin; Mvh: methyl viologen reducing hydrogenase; Hdr: heterodisul fi
de reductase.
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