EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-8: Chemische Grundlagen des Lebens Milchsäuregärung – alkoholische Gärung 291 291 Der anaerobe Abbauweg - Pyruvat zu Lactat Bei der anaeroben Pyruvatverwertung wird Pyruvat durch NADH . H + zu Lactat reduziert (Abb. 291–1). Dadurch steht wieder NAD + zur Verfügung, die Glycolyse kann weiterlaufen, ohne auf die Atmungskette und den Sauerstofftransport angewiesen zu sein. Bilanz beim Abbau zum Lactat Neben 2 Lactat-Teilchen pro Glucose entstehen in der Gesamtbilanz 2 ATP-Mo- leküle. Dies ist eine eher schwache Energieausbeute im Vergleich zum aeroben Weg, aber die Geschwindigkeit des Prozesses kann sehr stark gesteigert wer- den. Sie ist nun nur mehr abhängig von der Anlieferung der Glucose, von der im Blut vergleichsweise viel (in Relation zu Sauerstoff mit dem Hämoglobinsys- tem) gelöst ist. Das Lactat kann nicht in den Zellen gespeichert werden, es wird in Form von Milchsäure an das Blut abgegeben. Das begrenzt zugleich die Leistungsfähig- keit des anaeroben Systems. Die Pufferkapazität des Blutes ist bei voller Inan- spruchnahme des Systems nach etwas mehr als einer Minute erschöpft. Dies zeigt sich im Leistungssport. Laufstrecken bis 400 m sind Sprintstrecken (Weltrekordzeit ca. 44 s, also gar nicht so viel langsamer als die vierfache Zeit für 100 m von ca. 10 s). Bei 800 m ist die Grenze des anaeroben Systems erreicht (Weltrekord etwas über 100 s). Längere Strecken können nur mehr mit sehr viel langsameren Durchschnittszeiten bewältigt werden, also hauptsächlich aerob. Auch die Länge von Schirennen liegen im Bereich von etwas unter 2 Minuten, also an der anaeroben Leistungsgrenze. In der Sportmedizin spricht man von einer „Sauerstoffschuld“, die der Körper bei Maximalleistung eingeht, der Muskel wird „blau“ oder „übersäuert“. Über die Messung der Lactatkonzentration im Blut kann auch die Intensität eines sportlichen Trainings verfolgt werden. Nach der Leistung muss in der Ruhephase die Milchsäure aus dem Blut wie- der abgebaut werden. Dies geschieht auf aerobem Weg, hauptsächlich in der Leber. Hier wird zum Teil Lactat über Pyruvat zu AcCoA umgesetzt und normal über Citratzyclus und Atmungskette verbraucht, aber großteils, da in der Leber weniger Energiebedarf besteht, zur Neusynthese von Glucose genützt. Dies ist ein ziemlich energieaufwendiger Reaktionsweg. Er wird auf Seite 299 im Exkurs Stoffwechsel bei Nahrungsmangel besprochen. Milchsäuregärung Die Milchsäuregärung bei der Erzeugung von Sauermilch und Joghurt funktio- niert durch Mikroorganismen über denselben Weg, wie die anaerobe Glycolyse beim Menschen. Die entstandene Milchsäure wird von den Mikroorganismen ausgeschieden. Die alkoholische Gärung - Pyruvat zu Ethanol Die Hefe ist ein Anaerobier. Die Glucoseverwertung geschieht auch dort über die Glycolyse, wie beim Menschen. Nur im letzten Schritt, der Pyruvatverwer- tung, unterscheidet sich der Stoffwechselweg von dem im Menschen und im Milchsäurebakterium. Die Hefe hat ein Enzym, das Pyruvat zu Ethanal decar- boxyliert. Dieser verbraucht anschließend das bei der Glycolyse entstandene NADH . H + und wird zu Ethanol reduziert (Abb. 291–3). Das Ethanol wird von der Hefe ausgeschieden. Der Mensch besitzt dieses Enzym nicht. Hätten wir es, wäre möglicherweise die körperliche Arbeit beliebter. Die Erkenntnisse der biochemischen Forschung zeigen, dass die grundlegenden Stoffwechselwege in allen Lebewesen die gleichen sind. Die Universalität bio- chemischer Prozesse ist ein deutlicher Hinweis auf die entwicklungsgeschicht- liche Verwandtschaft aller Lebewesen. Abb. 291–3: Die alkoholische Gärung CH 3 C C O O O CH 3 C Ethanal Ethanol O H NAD NADH.H CH 3 C Pyruvat O H H H C O 2 H Abb. 291–2: Milchsäure aus Pyruvat CH 3 C C O O O Lactat (Salz der Milchsäure) NAD Pyruvat (Salz der Brenztraubensäure) NAD NADH.H NADH.H CH 3 C C O O O H H Abb. 291–1: Anaerob und aerob im Muskel Aerober Bereich Anaerober Bereich Energie durch Pyruvat-“Verbrennung“ Energie durch Lactat-Bildung Zur Verfügung gestellte O 2 -Menge im Muskel Benötigte Menge ATP im Muskel Lauf Sprint Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv