VL 13 Gährung Flashcards
Charakteristika der Gärung
- 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
Intermediate in Nahrungsnetzen in natürlichen Habitaten
- Gesamtprozess der anoxischen Zersetzung zu Methan und Kohlendioxid
- Syntrophieprozesse nach Freisetzunf von bsow. Wasserstoff und Acetat
Gärungstypen und typische Mikroorganismen
- Milchsäuregärung->Lactobacillus,Streptococcus,Bifidobacterium
- Alkoholische Gärung -> Hefen,Zymomonas
- Buttersäure Gärung-> Clostridium
- Lösungsmittelgärung-> Clostridium
- Gemischte Säuregärung-> Enterobakterien
- Propionsäuregärung-> Propionibacterium
- Homoacetatgärung-> Acetobacterium
Anwendung von Gärung
- Lebensmitelherstellung,-veredelung, -konservierung (Bier,Brot,Milchprodukte etc.)
- Landwirtschaft (Futtermittel,Biogas)
- Industrie (Alkohol,Essig, Lösungsmttel etc.)
Charakterisitika von Milchsäurebakterien
- 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
Joghurtherstellung
- Klassisch: Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus + Streptococcus salivarius subsp. thermophilus bei 45°C
- modern: Lb. acidophilus, Bifidobacterium sp. (37 °C)
Käseherstellung
Gärung mit oder ohne Labferment
Sauerkraut
Leuconostoc und dann andere Lactobacillen
Homofermentativ
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)
Heterofermentativ
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.
Energetik der alkoholischen Gärung
Glucose -> 2 Ethanol + 2 CO2
∆G0´ = -218 kJ/mol
2 ATP/Glucose (Hefe), EMP-Weg
1 ATP/Glucose (Zymomonas), ED-Weg
Zymomonas mobilis
- 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
Buttersäure. und Butanol-(Lösemittel-) Gärung
->Typische Gärungsform der Clostridien
Clostridien
– Gram-positiv; Phylum Firmicutes – Stäbchen, peritriche Flagellen – strikt anaerob, keine Katalase, keine Cytochrome – Endosporenbildung – Neutrophil bis alkaliphil
Einteilung Clostridien
- Saccharolytische Clostridien: bauen Kohlenhydrate ab; alle apathogen
- >C. butyricum (Buttersäure, Acetat, Ethanol, CO2, H2)
- >C. acetobutylicum (Butanol, 2-Propanol, Aceton, Acetat, CO2, H2) - Peptolytische Clostridien: bauen Proteine und Peptide ab; viele Pathogene
- >C. tetani, C. botulinum, C. perfringens Stickland-Gärung (Acetat, Ammoniak, Buttersäure, CO2, H2)
Bilanz Buttersäuregärung (Oxidativer Ast)
- Glucoseabbau via EMP-Weg: Glc ->2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH
- Pyruvat-Oxidation durch POR: 2 Pyruvat -> 2 Ac-CoA + 2 CO2 + 4 Fdred
Bilanz der Buttersäuregärung (Rrekutiver Ast)
• Wasserstoff-Bildung: 2 Fdred + 2 H+ -> H2 • Buttersäurebildung (liefert 1 ATP): 2 Ac-CoA + 2 NADH ->C4H7O2- + H+ + 2 CoA
Gesamtbilanz Buttersäuregärung
C6H12O6 -> C4H7O2- + H+ + 2 CO2 + 2 H2
∆G0´ = -247 kJ/mol; 3 ATP/Glucose
Pyruvat-Ferredoxin Oxidoreduktase (POR)
- Pyruvat-Oxidation wie bei Pyruvat-Dehydrogenase, aber mit Ferredoxin statt NAD+
- Konsequenz: reversible anstatt irreversibler Reaktion; „Konservierung“ der Energie im redox-negativen Ferredoxin
Ferredoxin
- 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)
Wasserstoffentwicklung bei Gärung
->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
Postglykolytische Sequenz der Buttersäure-Gärung
-Aus 2x Acetyl-CoA wird ein Butyrat
Postglycolytische Sequenz der Buttersäure- und der Butanol- (Lösungsmittel-)Gärung
-Aus 2x Acteyl-CoA werden über Butyryl-CoA -> Butanol und Butyrat
