Positioniere dich – Gärung

Formulieren Sie, ob Sie der Aussage (nicht, teilweise, bedingt) zustimmen und geben Sie eine Begründung ab. Die Begründungen können wir dann gemeinsam bezüglich ihrer Stichhaltigkeit diskutieren.

Der ersten Aussage kann stimmen ich zu. Ohne Sauerstoff lässt sich vermutlich einfach nicht viel Energie aus Glucose gewinnen (2 ATP Moleküle pro Glucosemolekül), die Hefezelle arbeitet also effizient. Bei Sauerstoffzufuhr würde die Hefe natürlich mehr ATP-Moleküle pro Glucosemolekül produzieren können. Aber Sauerstoff steht eben nicht zur Verfügung.

Der ersten Aussage stimme ich nicht zu, denn effizient ist das Verfahren meiner Meinung nach nicht. Zudem schaufelt sich die Hefezelle ja ihr eigenes Grab. Effizienz heißt ja (möglichst) wirkungsvoll, lohnend oder ertragreich.

Der ersten Aussage stimme ich bedingt zu.
Unter Sauerstoffzufuhr würde die Hefe tatsächlich viel mehr Energie produzieren. Ob die Energiegewinnung unter anaeroben Bedingungen damit effizient ist, kann ich nicht beurteilen. Aber immerhin gibt es Hefezellen schon sehr lange auf der Erde – das Verfahren hat sich als evolutionär bewährt :-).

1. Hefezellen zerlegen Glucose auch ohne Sauerstoffzufuhr äußerst effizient. Bei Zufuhr und Verwendung von Sauerstoff wäre die maximale Energieausbeute allerdings um ein Vielfaches größer!

Diese Aussage ist im Kern korrekt, bedarf aber einer Differenzierung des Begriffs „effizient“. Hefezellen wandeln Glucose ohne Sauerstoffzufuhr im Prozess der alkoholischen Gärung in Ethanol und Kohlendioxid um. Dabei wird jedoch nur ein sehr kleiner Bruchteil der chemisch in der Glucose gespeicherten Energie gewonnen – nämlich nur 2 Moleküle ATP pro Glucose-Molekül. Dieser Vorgang ist schnell, aber keinesfalls „äußerst effizient“ im Sinne der Energieausbeute.

Unter Sauerstoffzufuhr hingegen können Hefezellen einen vollständigen aeroben Abbau der Glucose durchführen (Zellatmung). Dabei entstehen etwa 30–32 Moleküle ATP pro Glucose-Molekül – also ein Vielfaches mehr an nutzbarer Energie. Daher ist die aerobe Atmung energetisch wesentlich effizienter als die Gärung. Die Aussage, dass die Energieausbeute bei Sauerstoffzufuhr deutlich größer ist, ist also absolut korrekt.

2. Gärprozesse laufen in gewisser Hinsicht auch im menschlichen Körper ab, wenn in den Muskeln bei Sauerstoffmangel kurzfristig aus Glucose Milchsäure gebildet wird. Die Energieausbeute ist hierbei ähnlich effizient wie beim Abbau unter Anwesenheit von Sauerstoff, endet aber spätestens immer dann, wenn die Muskeln übersäuern.

Diese Aussage ist nicht korrekt und enthält teilweise falsche Annahmen. Bei Sauerstoffmangel in den Muskeln (zum Beispiel bei intensiver körperlicher Belastung) wird Glucose tatsächlich anaerob über die Milchsäuregärung (Laktatbildung) abgebaut. Dabei entstehen – wie bei der alkoholischen Gärung – pro Glucose-Molekül nur 2 Moleküle ATP, während bei aerober Atmung ca. 30–32 ATP entstehen.

Der anaerobe Abbau ist also deutlich weniger effizient und nicht „ähnlich effizient“ wie die Zellatmung mit Sauerstoff. Die Milchsäuregärung ist nur kurzfristig nutzbar, da ein Überschuss von Laktat (Milchsäure) „Übersäuerung“ im Muskel verursacht, was zu Muskelermüdung und Schmerz führen kann. Sobald wieder genügend Sauerstoff zur Verfügung steht, wird Laktat zurück in Glucose oder Pyruvat umgewandel

3. Hefezellen schaufeln sich ihr eigenes Grab! Bei der Gärung entsteht Alkohol, der in Lösung geht und die Hefezellen letztlich abtötet. Die Gärung ist somit für die Hefe überhaupt nicht sinnvoll – allerdings für uns Menschen zur Herstellung von Alkohol nutzbar.

Diese Aussage ist teilweise richtig, aber zu pauschal und missverständlich. Es stimmt, dass Ethanol, das bei der Gärung entsteht, ab einer bestimmten Konzentration für Hefezellen toxisch wird. Ab ca. 12–16 % Vol. Alkohol sterben die meisten Hefestämme ab. Allerdings ist die Gärung für die Hefe in sauerstoffarmer Umgebung ein Überlebensvorteil: Sie ermöglicht die Gewinnung von Energie, wenn kein Sauerstoff zur Verfügung steht.

Im natürlichen Lebensraum der Hefen ist Sauerstoff oft selten oder fehlt ganz. Durch die Gärung können Hefen trotzdem wachsen und sich vermehren, solange die Alkoholkonzentration nicht zu hoch ist. Außerdem verschafft die Produktion von Ethanol Hefen einen Vorteil gegenüber anderen Mikroorganismen, die weniger tolerant gegenüber Alkohol sind. Die Gärung ist also durchaus sinnvoll für Hefezellen – zumindest solange die Ethanolkonzentration unterhalb der Toleranzgrenze bleibt.

Für den Menschen ist dieser Prozess tatsächlich zur Herstellung von alkoholischen Getränken von Nutzen.

4. Der aerobe Abbau von Glucose ist ein exergonischer Prozess. Bei der alkoholischen Gärung hingegen handelt es sich um ein Musterbeispiel für eine endergonische Reaktion.

Diese Aussage ist falsch. Der aerobe Abbau von Glucose (Zellatmung) ist zweifellos ein exergonischer Prozess – dabei wird Energie freigesetzt, die für die Synthese von ATP genutzt wird. Auch die alkoholische Gärung ist ein exergonischer Prozess, da Energie in Form von ATP frei wird und nutzbar gemacht wird. Eine endergonische Reaktion würde Energie aus der Umgebung aufnehmen statt freisetzen – das trifft aber auf die Gärung nicht zu. Somit ist der aerobe wie auch der anaerobe Abbau von Glucose exergonisch.