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Name: Felix Günther und Julian Gutberlet

Datum: 18. Juni 2013

 

Die Gärung

Die Zellatmung ist der aerobe Abbau von Glucose. Falls kein Sauerstoff vorliegt, so wie bei kurzzeitiger Sauerstoffnot beim Sprinten (100m Lauf) oder beispielsweise bei Tieren, die teilweise bis zu einer Stunde unter Wasser tauchen, so muss Energie ohne Sauerstoff -also anaerob- bereitgestellt werden.

Als Gärung bezeichnet man demnach den energieliefernden, organisches Material zersetzenden, Stoffwechsel, welcher ohne Einfluss von freiem Sauerstoff stattfindet.

 

Warum ist Sauerstoff eigentlich notwendig?

Die hauptsächliche Nutzung des Sauerstoffes ist die Oxidation des Reduktionsequivalentes NADPH/H+ zu NAD+, damit die Vorgänge der Glycolyse sowie des Citratzyklus weitergehen können. Für diese Regeneration ist normalerweise Sauerstoff als Oxidationsmittel vorhanden.

Ohne Sauerstoff muss ein adäquates Oxidationsmittelsubstitut verwendet werden, und das ist bei den verschiedenen Gärungen einfach die Brenztraubensäure selbst. Bei ihrer Reduktion entstehen nämlich die Abfallprodukte der Gärung, wie z.B. Ethanol, Propionsäure oder Milchsäure.

Je nach Produkt werden die verschiedenen Gärungen benannt:

  • die „Alkoholische Gärung“ (z.B. bei der Bierhefe),
  • die „Propionsäuregärung“ (z.B. bei verschiedenen Käsesorten)
  • oder die „Milchsäuregärung“ (bei Joghurt, Sauermilch, etc.).

Meist läuft Gärung durch anaerobe oder fakultativ anaerobe Mikroorganismen (Bakterien oder Pilze) ab. Sie kann aber auch in unseren Muskeln ablaufen. Die gärenden Mikroorganismen werden zum Teil zur Nahrungsherstellung und Veredelung von Lebensmitteln verwendet (z.B. Bier- und Weinherstellung).

Im Folgenden wird die Alkoholische sowie die Milchsäuregärung noch einmal separat behandelt.

 

Alkoholische Gärung

Ablauf: im Cytoplasma der Mitochondiren

Brenztraubensäure wird anaerob reduziert und decarboxyliert. Es entstehen CO2 und NAD+. Dieses kann nun wieder in der Glycolyse verwendet werden.

2 BTS + 2 NADH/H+ --> 2 C2H5OH (Ethanol) + 2 CO2 + 2 NAD+

Bilanz von Glycolyse und alkoholischer Gärung:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 P --> 2 CO2 + 2 C2H5OH+ 2 ATP

 

Milchsäuregärung

Ablauf: im Cytoplasma der Mitochondrien

Viele Milchprodukte erhalten durch Vergären mit Hilfe von Milchsäurebakterien erst ihren Geschmack. In Joghurt werden dazu z.B. Bakterien vom Typ Lactobacillus bulgaricus oder Lactobacillus acidophilus verwendet, für Quark Leuconostoc cremoris, um nur einige Beispiele zu nennen.

2 BTS + 2 NADH/H--> 2 C3H6O3 (Milchsäure) + 2 NAD+

Bilanz von Glycolyse und Milchsäuregärung:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 P --> 2 C3H6O3 + 2 ATP

 

Vergleich der aeroben und anaeroben Abbauwege

Direkte Verbrennung von Traubenzucker:

C6H12O6 + 6 O2 --> 6 CO2 + 6 H2O (DG = - 2880 kJ/mol)

ATP --> ADP + P (DG = - 29 kJ/mol)

Anaerober Abbau durch Glycolyse und Alkoholische Gärung:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 P --> 2 CO2 + 2 C2H5OH + 2 ATP (DG = - 58 kJ/mol)

Wirkungsgrad: ~ 2 %

Aerober Abbau durch Glycolyse, Decarboxylierung, Citratcyklus und Endoxidation:

C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O + 38 ADP + 38 P --> 6 CO2 + 12 H2O + 38 ATP (DG = - 1140 kJ/mol)

Wirkungsgrad: 38 % (Rest wird als Wärme frei)

 

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