Big Bang HTL 4, Schulbuch

Biotechnologie 6 Biochemie und Biotechnologie (IV. Jahrgang, 7. Semester) 69 Bäcker- und Bierhefen genauso wie Starterkulturen für die Joghurt- oder Käseproduktion. Zellen werden aber auch als „Fabriken“ für eine Vielzahl von Stoffwechselprodukten eingesetzt. Dies können Produkte des natürlichen Stoffwechsels der Zellen sein, wie z. B. Etha- nol, Methan aber auch Antibiotika. Durch die Biotechnolo- gie können Zellen gentechnologisch so verändert werden, dass sie in ihrem Stoffwechsel Produkte aufbauen, die nor- malerweise in diesen Lebewesen gar nicht vorkommen. Wie diese sogenannte heterologe Expression funktioniert wer- den wir in Abschnitt 6.3 erfahren. Diese wird z. B. bei der Herstellung von Insulin eingesetzt. Manchmal ist man auch nicht an den Stoffwechselproduk- ten der Mikroorganismen interessiert, sondern eher an deren Fähigkeit zum Abbau von Stoffen . Dies ist bei der mikrobiologischen Abwasser- und Abluftreinigung wichtig. Weitere Anwendungen finden Mikroorganismen z. B. bei der Erzaufbereitung für die Metallgewinnung. Die wichtigsten Produkte der Biotechnologie sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. ( F3 ) Tab. 6.1: Wichtige Biotech-Produkte Produktgruppe Beispiele Verwendung Zellen Hefen and. Pilze Bakterien Algen Starterkult., Futter-, Nahrungsm. Starterkultur, Lebensmittel Futter-, Nahrungsmittel Futter-, Nahrungsmittel Massen- chemikalien Ethanol Methan Milchsäure Glycerin Zitronensäure Treibstoff, Genussmittel Energiegewinnung Konservierung von LM Chem. Industrie Lebensmittel- und chem. Ind. Pharmazeutika Penicillin Insulin Antibiotikum Diabetesbehandlung Nahrungszusätze Aminosäuren Nahrungsergänzungsmittel Enzyme Proteasen Amylasen Lipasen Glucoseisomerase Waschmittel Lebensmittel, Waschmittel Seife, chem. Industrie, Medizin Lebensmittelindustrie Vor- und Nachteile der Biotechnologie Die Biotechnologie hat gegenüber der herkömmlichen chemischen Industrie viele Vor- aber auch Nachteile: Vorteile: – Komplexe Moleküle wie Proteine können auf chemischen Wege nur schwer gewonnen werden. – Die Ausbeuten sind in der Regel deutlich höher. – Die Verfahren laufen bei niedrigeren Temperaturen und normalen pH-Werten ab. – Die Reaktionen sind viel spezifischer, das heißt es gibt viel weniger unerwünschte Nebenprodukte. – Isomere Verbindungen können rein und nicht als Gemisch gewonnen werden. Nachteile: – Es kann zur Kontamination der Produkte mit unerwünsch- ten Mikroorganismen kommen. – Produkte müssen erst gereinigt werden. – Es werden große Wassermengen benötigt. – Oft sind die Reaktionen langsamer als konventionelle chemische Prozesse – Die Risiken sind oft schwerer abzuschätzen weil die Syste- me komplexer sind ( F4 ) Zusammenfassung Die Biotechnologie nutzt biologische Prozesse für: – Lebensmittelproduktion und -konservierung – Herstellung günstiger Eiweißquellen – Herstellung vieler Massenchemikalien (z. B. Ethanol) – Herstellung von Medikamenten – Herstellung von Enzymen uvm. 6.2 Von Wein, Käse und Salami Biotechnologie in der Nahrung Die älteste Form der Biotechnologie ist ihr Einsatz zur Konservierung von Lebensmitteln. Dafür ist vor allem die Vergärung zu Ethanol sehr effektiv. Schon wenige % Alkohol schwächen die Zellmembranen der Bakterien so, dass sie nicht überleben. Aber auch die Säurebildung verhindert Bakterienwachstum. Alkoholische Gärung Für die alkoholische Gärung kommt vor allem der Hefepilz Saccharomyces cerevisiae zum Einsatz (siehe Abb. 6.5). Z Bearbeite die Aufgaben! Skizziere den Prozess der PCR und zeichne ein Diagramm in dem die Anzahl der DNA Kopien gegen die Zeit aufgetragen ist (ca. 1–10. Zyklus). L Nenne mindestens 4 wichtige Entdeckungen, welche die Biotechnologie entscheidend geprägt haben. L Nenne Produkte aus deinem Alltag, die biotechnolo- gisch hergestellte Stoffe enthalten. L 6 F5 B2 F6 A1 F7 A1 Was sind Gärungen? (Siehe Abschnitt 4.3) Nicht nur in Bayern gilt das Reinheitsgebot. Es ist nur Malz, Wasser, Hopfen und Hefe notwendig um Bier herzustellen. Welche Stoffe sind das und welche Rolle spielen sie in der Bierherstellung? Wie kommen die Löcher in den Käse? Was haben Joghurt, Sauerkraut, Salami und Oliven gemeinsam? F8 F9 F10 F11 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv