Gärung: Anaerober Abbau der Glucose

Gärung: Anaerober Abbau der Glucose

• Die Gärung ist ein energieliefernder Stoffwechselprozess, der organisches Material zersetzt
• Sie findet ohne den Einfluss von freiem Sauerstoff (anaerob) statt.
• Sie beruht auf der Aktivität von anaeroben oder fakultativ anaeroben Mikroorganismen wie Bakterien oder Pilzen
• Sie wird zur Nahrungsherstellung und -veredelung genutzt
• Die Vergärung durch falsche Organismen kann zum Verderben von Nahrungsmitteln führen

Reaktionsgleichungen der Gärung

• Milchsäuregärung: C6H12O6 → 2 C3H6O3
• Alkoholische Gärung: C6H12O6 → 2 C2H6O + 2 CO2
• Ethanol kann auch aus Milchsäure gebildet werden: C6H12O6 → 2 C3H6O3 → 2 C2H6O + 2 CO2

Vor- und Nachteile der Ethanolbildung beim Goldfisch

• Zu viel Lactat führt zu Übersäuerung und beeinflusst pH-abhängige Enzyme, wodurch der Fisch Lactat loswerden muss
• Die Umwandlung erfolgt zu Ethanol und dessen Abgabe
• Die Ausscheidung von Ethanol bedeutet allerdings Energieverlust, da sowohl Lactat als auch Ethanol noch viel Energie enthalten

Anaerobe Schwelle

• Lactat entsteht durch Milchsäuregärung, wenn kein Sauerstoff als Elektronenakzeptor für die Atmungskette vorhanden ist.
• Wasserstoffbeladene Coenzyme können in der Atmungskette nicht regeneriert werden, was zur Stagnation der ATP-Bildung führt.
• Enzyme übertragen Wasserstoff von NADH+H+ auf Pyruvat, wodurch Lactat entsteht, sodass die Glykolyse weiterlaufen und ATP bilden kann.

Eignung des Lactattests

• In einem trainierten Zustand ist die Anzahl der roten Blutzellen erhöht, was die Sauerstoffbindung und Energieerzeugung durch Zellatmung verbessert
• Die Lactatkonzentration bleibt länger niedrig
• Mehrere Tests unter gleichen Bedingungen sind für die Beurteilung des Trainingsfortschritts notwendig

Vergleich von Atmung und Gärung

• Gemeinsamkeiten: Beide dienen dem Abbau organischer Stoffe (Glucose) zur Energiegewinnung (ATP) und sind Dissimilationsprozesse.

• Unterschiede:

• Reaktionsort:

  • Atmung: Glykolyse im Zellplasma, Atmungskette und Citrat-Zyklus in den Mitochondrien
  • Alkoholische Gärung: Zellplasma, Glykolyse + Abbau von Pyruvat zu Ethanol
  • Milchsäuregärung: Zellplasma, Glykolyse + Abbau von Pyruvat zu Lactat

• Gleichung:

  • Atmung: 12H2O + C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 12 H2O
  • Alkoholische Gärung: C6H12O6 → 2 C2H6O + 2 CO2
  • Milchsäuregärung: C6H12O6 → 2 C3H6O3

• Reaktionsbedingungen:

  • Atmung: Aerob, unter Sauerstoffverbrauch
  • Gärung: Anaerob, unter Ausschluss von Sauerstoff

• Ablauf:

  • Atmung: Glykolyse, Decarboxylierung, Citrat-Zyklus, Atmungskette
  • Alkoholische Gärung: Glykolyse, Decarboxylierung, Acetaldehyd, Ethanol
  • Milchsäuregärung: Glykolyse, Brenztraubensäure, Milchsäure

• Energiegewinn:

  • Atmung: 36 ATP; 2 GTP
  • Gärung: 2 ATP

Bedeutung der Gärung

• Alkoholische Gärung dient der Erzeugung alkoholischer Getränke durch Hefen
• Sie wird industriell zur Herstellung von Alkohol als Lösungs- und Desinfektionsmittel eingesetzt
• Milchsäuregärung wird zur Konservierung von Lebensmitteln wie Joghurt, Sauerkraut und sauren Gurken verwendet
• Sie ist für die Umwandlung von Milchzucker verantwortlich, die zu Laktoseintoleranz führen kann

Energiebereitstellung in Muskelzellen

• Eine Grafik zeigt den Anteil der Energiebereitstellung durch verschiedene Prozesse während des Laufens
• Die x-Achse stellt die Zeit in Sekunden dar, die y-Achse den Anteil der Energiebereitstellung
• In der Startphase erfolgt die Energiegewinnung durch ATP
• Bis zur 35. Sekunde erfolgt die Energiegewinnung aus dem Zerfall von Kreatinphosphat (KP), dessen Vorrat schnell aufgebraucht ist
• Ab der 35. Sekunde erfolgt die Energiegewinnung aus Glykolyse
• Ab der 40. Sekunde erfolgt die Energiegewinnung über Endoxidation
• Nach 110 Sekunden stammen 80 % des Energiebedarfs aus der Endoxidation

Anaerobe vs. Aerobe Energiegewinnung

• Gemeinsamkeiten: Dissimilationsprozesse (stufenweiser Abbau organischer Stoffe unter Energiefreisetzung)
• Reaktionsort:
  • Anaerob: Glycolyse im Cytoplasma
  • Aerob: Glycolyse im Cytoplasma ⇒ Säurezyklus + Atmungskette in Mitochondrien
• Ablauf:
  • Anaerob: Glycolyse, Reduktion Brenztraubensäure zu Milchsäure
  • Aerob: Glycolyse, Citronensäurecyclus, Atmunngskette (oxidative Phosphphorilierung)
• Energiebilanz:
• Anaerob: : 2 mol ATP (60kJ; 5% der mgl. Energieausbeute)
• Aerob: 38 mol ATP (1140kj, 40% der mgl. Energieausbeute)

Stoffwechselprozesse im Körper

• Fette werden aufgebaut, indem Acetyl-CoA als Vorläufer für die Synthese von Fettsäuren in der Leber dient
• Fette werden abgebaut, indem Fettsäuren in der Leber zu Acetyl-CoA zerlegt werden
• Acetyl-CoA wird außerdem zu Cholesterin und Gallensäure umgewandelt
• Überschüssige Energie wird in Form von Fettsäuren und Triglyceriden gespeichert
• Kohlenhydrate werden aufgenommen, indem die Leber Glucose aus dem Blut aufnimmt
• Glucose wird gespeichert, indem überschüssige Glucose als Glykogen in der Leber gespeichert wird
• Glucose wird aktiviert, indem die Leber reaktionsträge Glucose phosphoryliert
• Glykogen kann abgebaut werden, indem es in Glucose umgewandelt wird, die dann im Energiestoffwechsel genutzt wird.
• Aminosäuren dienen als Bausteine für die Synthese von Proteinen in der Leber
• Proteine werden bei Bedarf zu Aminosäuren abgebaut
• Aminosäuren können für den Aufbau von Lipiden, Leberlipiden usw. verwendet werden
• Der Citratsäurezyklus dient als Drehscheibe des Baustoffwechsels