Aufgaben 71 Zellstoffwechsel Die alkoholische Gärung wird biotechnologisch genutzt 1 W/E Fasse die Vor- und Nachteile einer Gärung im Vergleich zur Glykolyse zusammen. 2 W Vergleiche die anaerobe Atmung mit der aeroben Atmung. Wo kommen Organismen, die anaerob atmen, vor? Wiederhole welche chemischen Verbindungen sie anstatt Sauerstoff für ihren Stoffwechsel nutzen können. Vor allem bestimmte Hefepilze sind imstande, eine andere Form der Gärung durchzuführen, die man alkoholische Gärung nennt. Dabei wird Pyruvat zu Acetaldehyd umgewandelt, und es wird CO2 frei. Das Acetaldehyd ist hier die Verbindung, die als Elektronenakzeptor dient. Es nimmt Elektronen von NADH auf und wird dabei zu Ethanol (umgangssprachlich: Alkohol) reduziert (kAbb. 32). Dem Organismus steht damit wie bei der Milchsäuregärung NAD+ als Elektronenakzeptor wieder zur Verfügung. Ethanol entsteht als Nebenprodukt dieser Gärung. Diesen Stoffwechselweg der anaeroben Energiefreisetzung bei der Hefe hat sich der Mensch zur Alkoholerzeugung zunutze gemacht (siehe S. 176 ff.). Um Alkohol zu gewinnen, versetzt man eine zuckerhaltige Flüssigkeit mit Hefepilzen. Die Hefepilze bauen den Zucker ab. Damit der Abbau durch alkoholische Gärung geschieht, hat man nur dafür zu sorgen, dass kein Sauerstoff vorhanden ist. Unter anaeroben Bedingungen wandelt die Hefe den Zucker in Ethanol und CO2 um. Bei der alkoholischen Gärung entsteht Alkohol als Nebenprodukt der Energiefreisetzung Atmen ohne Sauerstoff: Die anaerobe Atmung Lebewesen, die für ihren Stoffwechsel überhaupt keinen Sauerstoff benötigen, werden als Anaerobier bezeichnet. Lange Zeit dachte man, dass Tiere nicht ohne Sauerstoff leben können. In der Tat benötigen fast alle Eukaryoten für die Stoffwechselwege der Zellatmung unbedingt Sauerstoff. Im Jahr 2010 machten italienische Meeresbiologinnen und -biologen eine unerwartete Entdeckung: Tiere des Stamms Loricifera, auch Korsetttierchen genannt, können vollständig ohne Sauerstoff leben (kAbb. 33). Dieser Tierstamm1 wurde erst 1983 entdeckt. Korsetttierchen sind mikroskopisch kleine Meeresbewohner, die sich an Sandkörnern anheften. Die entdeckten anaeroben Loricifera-Arten leben im Sediment am Meeresboden des Mittelmeers, in einer anoxischen Senke, mehr als 3 000m unter dem Meeresspiegel. Über den Stoffwechsel der Loricifera ist erst wenig bekannt, aber man weiß, dass sie kurioserweise keine Mitochondrien besitzen. Unter den Prokaryoten, also unter Bakterien und Archaea, ist die anaerobe Lebensweise keine große Ausnahme. Es gibt viele Arten, die die extremsten Lebensräume besiedelt haben, unter anderem auch solche, in denen kein Sauerstoff vorkommt. Anoxische Lebensräume findet man beispielsweise in der Tiefsee, aber auch tief im Boden vor. Bei der Zellatmung verwenden anaerobe Bakterien andere Elektronenakzeptoren statt Sauerstoff. Deshalb spricht man von anaerober Atmung. Nitrat-Ionen (NO3 –), Eisenionen (Fe3+), oder Schwefel (S) können beispielsweise statt Sauerstoff als Elektronenakzeptor dienen. Man nennt diese Prozesse dementsprechend Nitratatmung (Denitrifikation), Eisenatmung und Schwefelatmung. Die Denitrifikation (siehe S. 16) spielt eine wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf und hat damit große Bedeutung für die Ökologie. Der im Nitrat gebundene Stickstoff wird bei der Nitratatmung zu molekularem Stickstoff (N2) und gasförmigem Distickstoffmonoxid (N2O) umgewandelt, welches in die Atmosphäre freigesetzt wird. Denitrifikation führt also dazu, dass sich der Stickstoff nicht in Form von Nitrat im Boden ansammelt. 1 Tierstamm: Ein Stamm ist die höchste Gruppe innerhalb eines Organismenreichs. Man kennt heute 35 Stämme im Tierreich. Dass ein neuer Tierstamm entdeckt wird, ist ein sehr seltenes Ereignis in der Wissenschaft. Die meisten Stämme der Tiere sind nämlich seit langer Zeit bekannt. Manche Mikroorganismen können ohne Sauerstoff atmen Stoff- und Energieumwandlung Die anaerobe Atmung ist eine Atmung ohne Sauerstoff, bei der ein anderer Stoff als Elektronenakzeptor benutzt wird. Abb. 33: Korsetttierchen gehören zum Stamm Loricifera und sind etwa 300 Mikrometer groß. Sie leben in anoxischen Lebensräumen am Meeresgrund. 100 μm Nur zu Prüfzwecke – Eigentum des Verlags öbv
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