VL 13 Gährung

Question 1

Charakteristika der Gärung

Answer 1

• Anerobe Bedingungen
• Oft nur SSP zur ATP-Regeneration
• “Reduktiver Ast” zur Re-Oxidation von z.B. NADH
• Charkterische Gärprodukte werden im “reduktiven Ast” gebildet
• Meistcycloplasmatissche Enzyme beteiligt
• Membranptoential-Aufbau duch ATP-Hydrolyse, katalysiert durch die ATP-Synthase

Question 2

Intermediate in Nahrungsnetzen in natürlichen Habitaten

Answer 2

• Gesamtprozess der anoxischen Zersetzung zu Methan und Kohlendioxid
• Syntrophieprozesse nach Freisetzunf von bsow. Wasserstoff und Acetat

Question 3

Gärungstypen und typische Mikroorganismen

Answer 3

• Milchsäuregärung->Lactobacillus,Streptococcus,Bifidobacterium
• Alkoholische Gärung -> Hefen,Zymomonas
• Buttersäure Gärung-> Clostridium
• Lösungsmittelgärung-> Clostridium
• Gemischte Säuregärung-> Enterobakterien
• Propionsäuregärung-> Propionibacterium
• Homoacetatgärung-> Acetobacterium

Question 4

Anwendung von Gärung

Answer 4

• Lebensmitelherstellung,-veredelung, -konservierung (Bier,Brot,Milchprodukte etc.)
• Landwirtschaft (Futtermittel,Biogas)
• Industrie (Alkohol,Essig, Lösungsmttel etc.)

Question 5

Charakterisitika von Milchsäurebakterien

Answer 5

• Gram-positive Bakterien, i.d.R. Phylum Firmicutes
• Obligate Gärer; keine Atmungskette
• Aerotolerant: Entgiftungsenzyme für Sauerstoff-Metabolite (z. B. H2O2)
• Keine Katalase
• Keine Cytochrome (keine Häm-Synthese) • Säuretolerant bis pH~5  Lebensmittelkonservierung
• Hohe Wuchsstoffansprüche (Vitamine, Aminosäuren, etc.)
• Unbeweglich
• Vorkommen: Milch, Pflanzenmaterial, Schleimhäute, Haut, Darm

Question 6

Joghurtherstellung

Answer 6

• Klassisch: Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus + Streptococcus salivarius subsp. thermophilus bei 45°C
• modern: Lb. acidophilus, Bifidobacterium sp. (37 °C)

Question 7

Käseherstellung

Answer 7

Gärung mit oder ohne Labferment

Question 8

Sauerkraut

Answer 8

Leuconostoc und dann andere Lactobacillen

Question 9

Homofermentativ

Answer 9

Glucose -> 2 Laktat +2H+
∆G0´ = -198 kJ/mol, 2 ATP/Glucose
-> Lactatdehydrogenase (LDH) ->Sterospezifisch für L- und D-Laktat
-typische Vertreter: meist Lactoballus Arten, Streptococcus sp.
-„Probiotische“ Milchsäurebakterien: L-Laktat-Produzenten (vom Menschen verwertbares Enantiomer)

Question 10

Heterofermentativ

Answer 10

Glucose -> Laktat + Ethanol + CO2 + H+ ∆G0´ = -208 kJ/mol, 1 ATP/Glucose

Ribose -> Laktat + Acetat + 2 H+ ∆G0´ = -210 kJ/mol, 2 ATP/Ribose

• Schlüsselenzym Phosphoketolase
• Vertreter: Einige Lactobacillen, Leuconostoc sp.

Question 11

Energetik der alkoholischen Gärung

Answer 11

Glucose -> 2 Ethanol + 2 CO2
∆G0´ = -218 kJ/mol
2 ATP/Glucose (Hefe), EMP-Weg
1 ATP/Glucose (Zymomonas), ED-Weg

Question 12

Zymomonas mobilis

Answer 12

• Strikt fermentativ (alkoholische Gärung)
• Isoliert aus Pulque (Gärgetränk aus Agavensaft)
• Vergärung von Pflanzensäften und Rohrzucker -> biotechnologisch bedeutend in Mittel- und Südamerika
• Phylum: Proteobacteria; Klasse Alphaproteobacteria

Question 13

Buttersäure. und Butanol-(Lösemittel-) Gärung

Answer 13

->Typische Gärungsform der Clostridien

Question 14

Clostridien

Answer 14

– Gram-positiv; Phylum Firmicutes 
– Stäbchen, peritriche Flagellen 
– strikt anaerob, keine Katalase, keine Cytochrome 
– Endosporenbildung 
– Neutrophil bis alkaliphil

Question 15

Einteilung Clostridien

Answer 15

1. Saccharolytische Clostridien: bauen Kohlenhydrate ab; alle apathogen
   - >C. butyricum (Buttersäure, Acetat, Ethanol, CO2, H2)
   - >C. acetobutylicum (Butanol, 2-Propanol, Aceton, Acetat, CO2, H2)
2. Peptolytische Clostridien: bauen Proteine und Peptide ab; viele Pathogene
   - >C. tetani, C. botulinum, C. perfringens Stickland-Gärung (Acetat, Ammoniak, Buttersäure, CO2, H2)

Question 16

Bilanz Buttersäuregärung (Oxidativer Ast)

Answer 16

• Glucoseabbau via EMP-Weg: Glc ->2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH
• Pyruvat-Oxidation durch POR: 2 Pyruvat -> 2 Ac-CoA + 2 CO2 + 4 Fdred

Question 17

Bilanz der Buttersäuregärung (Rrekutiver Ast)

Answer 17

• Wasserstoff-Bildung: 2 Fdred + 2 H+ -> H2 • Buttersäurebildung (liefert 1 ATP): 2 Ac-CoA + 2 NADH ->C4H7O2- + H+ + 2 CoA

Question 18

Gesamtbilanz Buttersäuregärung

Answer 18

C6H12O6 -> C4H7O2- + H+ + 2 CO2 + 2 H2

∆G0´ = -247 kJ/mol; 3 ATP/Glucose

Question 19

Pyruvat-Ferredoxin Oxidoreduktase (POR)

Answer 19

• Pyruvat-Oxidation wie bei Pyruvat-Dehydrogenase, aber mit Ferredoxin statt NAD+
• Konsequenz: reversible anstatt irreversibler Reaktion; „Konservierung“ der Energie im redox-negativen Ferredoxin

Question 20

Ferredoxin

Answer 20

• Kleine Proteine: [2Fe-2S], [3Fe-4S] oder [4Fe-4S]
• Funktion: Cytoplasmatische Elektronenüberträger
• meist niedrige Redoxpotentiale
• Clostridien-Ferredoxine: meist mit zwei [4Fe-4S]-Zentren -> Übertragung von 2 e- möglich (1 Elektron pro Fe/S-Zentrum)

Question 21

Wasserstoffentwicklung bei Gärung

Answer 21

->Nur möglich bei Elektronendonor mit tiefem E0
-Vorteil: weniger NADH muss auf Kosten von energiereichen Intermediaten re-oxidiert werden (nur 2 NADH aus Glykolyse, kein NADH aus Pyruvat-Oxidation)
->Günstigere Energiekonservierung möglich (> 2 ATP) SSP mit Acetyl-CoA via Acetyl-P
H2

Question 22

Postglykolytische Sequenz der Buttersäure-Gärung

Answer 22

-Aus 2x Acetyl-CoA wird ein Butyrat

Question 23

Postglycolytische Sequenz der Buttersäure- und der Butanol- (Lösungsmittel-)Gärung

Answer 23

-Aus 2x Acteyl-CoA werden über Butyryl-CoA -> Butanol und Butyrat