Gärung

Alternativer Bildtext:

RG B wurden abgetötet tote Zellen können Farbstoff Methylenblau nicht mehr abbauen sind im Gegensatz zu lebenden Zellen dunkelblau Abfärbung mit Methylenblau →dient der Ermittlung des Anteils lebender Zellen jede Zelle besteht aus Cytoplasma, Zellmembran, Zellorganellen, Zellkern Zelle stellt verschiedene Produkte her Eiweiße (Proteine), Zucker (Kohlenhydrate), Fette (Lipide), Farbstoffe (Pigmente), andere Substanzen • dazu benötigt Zelle ... nach denen die Stoffe hergestellt werden Maschinen - Zellorganellen, Arbeiter - Enzyme, Rohstoffe - in Nahrung enthalten, Baupläne - als Erbinformation im Zellkern in den Chromosomen in Riesenmolekülen (Makromoleküle): DNA gespeichert Cytoplasma flüssige, gelartige Grundsubstanz innerhalb der Zellmembran umgebene Membran reguliert den Stoffaustausch mit der Umgebung →Stoffkonzentration in Zelle bleibt konstant enthält unterschiedlichste Stoffe: lonen, Nährstoffe, Enzyme Zellmembran Zellkern Vakuole Organelen 0 00 ,Chromosomen Bellmembran Cytoplasma Beltern Kernmembran Reaktionsort für viele Stoffwechselreaktionen Transportmedium für viele Stoffe in der Zelle besteht aus einer Doppelmembran ▪wasserfreundliche Teile (sind der wässrigen Umgebung zugewandt) ▪Wasserabstoßende Teile Abschirmung des Zellinneren Stofftransport Erkennen von Hormonen sorgt für strukturelle Stabilität durch Kernmembran vom Cytoplasma getrennt, aber steht mit ihm über Poren für den Stofftransport in Verbindung enthält Erbanlagen/Erbinformation (DNA) (da Chromosomen im Zellkern sind) →steuern alle Lebensvorgänge in der Zelle Steuerzentrale der Zelle für viele Stoffwechselvorgänge sorgt bei Zellteilung für Weitergabe der Erbanlagen in Pflanzenzellen von einer einzelnen Membran umhüllte Räume in der Zelle, in denen sich überwiegend Wasser, vers. gelöste Salze & andere chem. Stoffe befinden Speicherung von lonen, Zuckern, Vitaminen →Depotfunktion Aufrechterhalten des Zellturgors (Zelldruck) o durch Aufnahme von Wasser aus der Umgebung wegen hoher Konzentration an Stoffen ⇒Osmose →Zelle so prall gefüllt →Zellwand wird unter Spannung gehalten →Gesamtgefüge der Zelle kann nicht erschlaffen normale Zelle Zuordnung 1) kein Bakterium 2) kein Tier 3) keine Pflanze →Hefen müssen Pilze sein Gemeinsamkeiten asexuelle Vermehrung durch Zellteilung Zellwand & Zellmembran ▶Cytoplasma Ribosomen zur Proteinsynthese →Eukaryonten (Bakterien sind Prokaryonten) →asexuelle Fortpflanzung, Vakuole →keine Chloroplasten, organische Nahrung Unterschiede Bakterien haben keinen von einer Zellmembran umhüllten Zellkern ▪ Bakterien Prokaryonten Hefen Eukaryonten Bakterien meist nur mit Elektronenmikroskop zu erkennen →viel kleiner Hefen haben Vakuole Bakterien haben Pili (= Strukturen, die aus der Zelle herausragen, um DNA zu einem anderen Bakterium übertragen zu können) manche Bakterien: haben ein Flagellum zur Fortbewegung haben ein Plasmid (zusätzliches, kleines Chromosom mit weiteren Genen) erzeugen Kapsel (klebrige Hülle außerhalb der Zellwand →→Schutz gegen Angriffe weißer Blutzellen) Hefen gehören nicht zu Bakterien →es muss beim Zellkern gleich sein →Hefen zählen zu Eukaryonten Fortpflanzung - Knospung = Sprossung Vermehrung der Hefen durch Zellteilung asexuell Vorgang: a) Ausstülpen der Zellwand →→→→Knospe b) Zellkern teilt sich →Mitose c) Tochterkern wandert in Ausstülpung d) Zellteilung / Abtrennung der Tochterzelle nach Ablösen der Tochterzelle bleibt Narbe bei Mutterzelle zurück bei ca. 30 Narben (Zellteilungen) stirbt Mutterzelle ab Bierbrauen Bier besteht aus Rohstoffen: Malz, Hopfen, Wasser, Hefe Grünmalz gekeimtes Getreide Malzherstellung 0) Einweichen Zugabe von Wasser zu der Gerste, um 1) Wassergehalt zu erhöhen 2) Keimruhe zu überwinden 3) Abschöpfen der toten Körner & Schalen (tote Körner steigen nach oben) Getreide wird in Keimkästen bis zu einer Woche lang ständig befeuchtet Phase 1: Keim bricht durch die Schale des Korns →Brechhaufen 1) Keimen 2) Darren Phase 2: Keim/Wurzel gabeln sich →Gabelhaufen Phase 3: Keim/Wurzeln greifen ineinander →Greifhaufen →Enzyme (Amylase) werden gebildet, welche Stärke in Zucker spalten Grünmalz wird auf eine Darre gelegt & erhitzt zum Trocknen bei bis zu 120°C Abschluss der Keimung ⇒charakteristischer Geschmack entsteht mechanische Verarbeitung/Zerkleinerung des Malzes besser wasserlöslich Versuch: Malzherstellung - 100g Sommergerste; 6-8 Tage Gerste in Wasser einweichen (3-4 Tage) Körner nach jedem Tag in Sieb geben, abspülen, Wasser erneuern gequollene Gerste auf Backblech ausbreiten & 3-4 Tage keimen lassen o optimale Keimbedingungen: Dunkelheit, hohe Luftfeuchtigkeit, Temperatur von 12 - 16°C Keimlinge täglich einmal wenden Keimlinge rösten im vorgeheizten Backofen bei 110°C Umluft oder 120 - 130°C Ober-/Unterhitze ca. 30min Keime vom Korn trennen →geröstete Körner zwischen flachen Händen reiben Maischen 3) Schroten a) geschrotetes Malz wird mit Wasser vermengt & auf 45°C erhitzt →Stärke wird aus dem Korn gelöst b) weiteres Erhitzen auf 70°C →aus Stärke entsteht mithilfe des Enzyms Amylase Maltose (Malzzucker) →ein Teil der Stärkemoleküle werden auch thermisch gespalten es darf nicht über 78°C erhitzt werden, weil sonst die Enzyme zerstört werden Stoffumwandlung beim Maischen Stoffumwandlung von Stärke in Zucker (weil Hefen nur mit Zucker arbeiten können) (C6H1005)n + (n-1)H₂O →nC6H₁2O6 wie wird Stärke nachgewiesen Lösung (, bei der evtl. Stärke drinnen ist) & mithilfe einer Pipette Lugolsche Lösung (=lodkaliumiodid- Lösung) hinzufügen bei Anwesenheit von Stärke sieht man eine Blau-, Violett- oder Schwarzfärbung beim Bierbrauen: Prozess des Maischens kann noch nicht abgebrochen werden, wenn es diese Farben hat, da dann Stärke noch nicht ganz gespaltet wurde obergäriges Bier höhere Temperatur (15-20°C) Hefe schwimmt oben kurz haltbar (anfälliger für Pilz- Bakterienbefall) (schnell fertig) (Kölsch, Ale, Weizen) Lagerung - warum wird Bier nach dem Gären gelagert •Reifen: 2) Läutern (Läuterbottich) →Geschmack vom Bier wird ausgereift →erhält richtigen Geschmack feste Bestandteile/Schwebstoffe, die sich noch im Bier befinden, setzen sich ab noch vorhandener Zucker wird zu Alkohol & Kohlenstoffdioxid (CO₂) vergärt →Kohlensäure Schritte des Bierbrauens (Malzherstellung aus Gerste) 1) Maischen 3) Würzekochen 4) Gärung 5) Lagerung W = m.r untergäriges Bier niedrigere Temperatur (4-9°C) Hefe sinkt auf den Boden aus Stärke wird Zucker, indem Malz in Wasser eingeweicht & leicht erhitzt wird langer haltbar (weniger anfällig für Pilz- & Bakterienbefall) (gärt länger) damit Teile, die übriggeblieben sind, abgefiltert werden Treberkuchen: Spelzen, die im Sieb hängenbleiben/Festes, was sich unten absetzt; dient als Filter nutzt man, dass Würzstoffe rauskommen →selbstfiltrierende Eigenschaft →Bierwürze Hopfen wird zur Würze hinzugegeben Whirlpool": Pflanzenteile vom Hopfen wegbekommen →das mit höherer Dichte (Würze) geht nach außen, das mit niedriger Dichte (Pflanzenbestandteile) nach innen 6) (Filtrieren +) Abfüllen Wirkung von Alkohol auf den Körper Alkohol gelangt überwiegend über Schleimhäute des Dünndarms in Blutkreislauf, nur kleiner Teil über Magen Blut bringt Alkohol zu jeder Zelle des Körpers, Alkohol verhindert Aufnahme von Nährstoffen Hefe wird dazugegeben Nachgärung, Absetzung der Schwebstoffe, Geschmack wird endgültig, Kohlendioxid Alkohol & v.a. giftige Abbauprodukte schädigen im ganzen Körper Zellen durch Rausch werden Gehirnzellen geschädigt & sterben ab im Gehirn werden Glücksbotenstoffe (Dopamin, Serotonin, Endorphin) verstärkt freigesetzt → Einflüsse auf unser Belohnungssystem Entzündungen in Rachen & Magen (klingen wieder ab, solange Lebenswandel gesund bleibt) Schädigung des Erbguts in den Zellen →erhöhtes Risiko für Krebs Leber produziert mit jedem Tropfen Alkohol, den sie entschärft, Fettzellen, die die funktionierenden Leberzellen ersetzen →Fettleber, die immer schlechter funktioniert o Leberzirrhose (Schrumpfleber): Lebergewebe geht zugrunde & wandelt sich in Bindegewebe um regt im Magen die Produktion von Magensäure an →Schleimhaut entzündet sich Erweiterung des Herzmuskels →→Leistungsfähigkeit Muskel nimmt ab →Herzrhythmusstörungen/Herzrasen Veränderung der Muskulatur →Muskelatrophie = Muskelschwund Widmark-Formel aufgenommene Alkoholmenge (g) Körpergewicht (kg).Reduktionsfaktor o bei Männern: 70% Reduktionsanteil: 0,7 o bei Frauen: 60% →→Reduktionsanteil: 0,6 Körperflüssigkeitsanteil = BAK (%0) o w = Blutalkoholkonzentration [%] o A = aufgenommene Alkoholmenge [g] o m = Masse der Person / Körpergewicht [kg] or = Reduktions-/Verteilungsfaktor im Körper um mit Widmark-Formel ⇒ Menge in ml Abbau von Alkohol im Körper Alkoholabbau setzt ca. 2 Stunden nach Alkoholgenuss ein, um Zellen vor dem Absterben zu schützen 2-5% des Alkohols werden über Atemluft, Schweiß/Haut, Urin ausgeschieden ADH Hilfe: NAD Vol.-% 100 Abbau: erfolgt in Schleimhäuten des Magens & des Dünndarms, aber besonders in der Leber →Alkohol wird zu 90 - 98% von Leber abgebaut Citratzyklus/Zitronensäurezyklus Ethanol Alkoholdehydrogenase, Acetaldehyd Aldehyddehydrogenase, Essigsäure: zu rechnen, benötigt man aufgenommene Alkoholmenge in Gramm 0,8 Gramm reiner Alkohol ALDH NADO 1 Enzym Alkoholdehydrogenase (ADH) spaltet den Alkohol in Acetaldehyd →Acetaldehyd (=Giftstoff) ist sehr schädlich für den Körper & für den Kater verantwortlich Enzym Alkoholdehydrogenase (ADH) baut unabhängig wie viel Alkohol aufgenommen wurde, mit gleichbleibender Geschwindigkeit ab →ca. 0,1g pro kg Körpergewicht stündlich B E 2 Acetaldehyd wird mittels des Enzyms Aldehyddehydrogenase (ALDH) in Essigsäure umgewandelt →Essigsäure für den Körper weniger problematisch 3 Leber gibt Essigsäure an Körperflüssigkeit ab, wo sie durch weitere Enzyme in Kohlendioxid & Wasser umgewandelt & ausgeschieden wird Bedingungen für die alkoholische Gärung Substratabhängigkeit →Hefe ist substratabhängig abhängig vom Geschlecht: bei Frauen Aktivität der ADH geringer →fast die gesamte getrunkene Alkoholmenge gelangt ins Blut Versuch in Becherglas 2g von einem der Substrate geben 1g Hefe & genau 20ml Leitungswasser (Temp.: 45°C) hinzugeben & durch Rühren mit Glasstab eine Suspension herstellen gebogenes Glasrohr Stopfen ANE Fettsäure/ Felt Suspension in nicht skaliertes RG füllen & in Apparatur einbauen im Abstand von 5min ca. 30 Minuten lang den Flüssigkeitsstand im Messzylinder notieren. Temperatur des Wasserbads bei ca. 40°C halten Glucose & Fructose funktionieren am schnellsten & setzen sehr viel Gas frei Saccharose: Gasentwicklung setzt etwas später ein & es wird weniger Gas freigesetzt Maltose: Gasentwicklung setzt sehr spät ein & verläuft langsam Lactose: funktioniert nicht Temperaturabhängigkeit →Hefe ist temperaturabhängig 10-40°C: Gärung wird immer größer 40°C: Gärung am größten über 40°C: Hefe stellt Wachstum & Vermehrung ein pH-Wertabhängigkeit →Hefe ist pH-Wertabhängig Gärung am wenigsten bei 2,1 (sauer) Gärung bei 6,8 am höchsten (neutral, leicht sauer) Gärung bei alkalisch mittelmäßig →Gärung im neutralen, leicht sauren Bereich am besten CO₂ 10 ℃ Hefesuspension RG (nicht skaliert) Wasserbad 1) Hefe kann nicht alle Zucker bzw. aus Zuckerbausteinen bestehende Substanzen als Substrat nutzen (z. B. Lactose), andere Substrate kann es sehr gut nutzen (z.B. Glucose & Fructose) 2) bei Mehrfachzuckern (Saccharose & Maltose) tritt teilweise eine Verzögerung der Gärung ein, da die Moleküle zunächst in Einfachzucker gespalten werden müssen 3) Gärung verläuft bei unterschiedlichen Substraten verschieden CO₂ 20°C 30°℃ Wasser 8 10- AG (skaliert) Mesylinder 5.6 pneumat. Wanne Lille 3.6 6,8 8.0 9.0 pH-Wert Hefen als ,,fakultative Anaerobier" fakultativer Mikroorganismen, die unter aeroben & anaeroben Bedingungen existieren, indem sie Anaerobier ihren Stoffwechsel anpassen Stoffwechsel: Gärung oder anaerobe Atmung Versuch: Wärmemessung bei Hefegärung Thermageföß B E Thermosta Energieproduktion Wosser (257) Hefe + Zucker+Wasser (25°C) Hefe + Buater + Wasser (25°C) a) Temp. sinkt innerhalb einer halben Stunde um ca. 0,5 - 1°C b) Temp. steigt innerhalb einer halben Stunde um ca. 1 - 1,5°C c) Temp. steigt innerhalb einer halben Stunde um ca. 5°C 1) Temp. in a sinkt, da Wärme 2) Temp. in b) & c) steigt, da bei der Hefereaktion Energie in Form von Wärme abgegeben wird →exotherm 3) bei Zugabe von Sauerstoff wird mehr Energie frei als unter Sauerstoffausschluss, was bedeutet, dass jeweils verschiedene Reaktionen mit verschiedenen Produkten stattfinden 4) Hefen können unter aeroben & anaeroben Bedingungen existieren, indem sie ihren Stoffwechsel anpassen →fakultative Anaerobier Hefeatmung - 0₂ C6H12O6 + 602 → 6CO₂ + 6H₂O ++++ Thermosgeleiß + ++ a)b) verschlossen - Gärung c) offen - Atmung (Wärme) CO2-Produktion ++++ Nahrungsverbrauch ++++ beide Vorgänge: Dissimilation, da organische Stoffe unter Energieabgabe abgebaut werden für Hefen ist Atmung effektiver, da mehr Energie produziert & weniger Nahrung verbraucht wird •Dissimilation = Stoffwechselvorgänge, welche energiereiche organische Stoffe zu energieärmeren organischen/anorganischen Stoffen abbauen o Atmung: gebunden an Vorhandensein von Sauerstoff (aerobe Bedingungen); Hefen, Menschen o Gärung: Sauerstoffausschluss (anaerobe Bedingungen); Hefen; mögl. Endprodukte: Essig, Ethanol beide dienen aber der Gewinnung von Energie Hefegärung - kein O₂ C6H12O62C₂H5OH + 2CO2 Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid + O₂-Gehalt sinkt bis zu einem gewissen Punkt, an dem Hefen von Atmung auf Gärung umschalten (im Alltag lässt man O₂-Gehalt reduzieren, indem man Handtuch über Schüssel legt) CO2-Bildung bei Gärung größer als bei Atmung man braucht CO₂ für lockeren Teig Atmung Zelle benötigt hauptsächlich Glucose, Glycerin, Fettsäuren zum Energiegewinn Zellbestandteile, in denen Energie gewonnen wird: Zytoplasma, Mitochondrium Stoffe in der Zelle NAD+ ADP Adenosin-Di-Phosphat ATP Adenosin-Tri-Phosphat Reaktionsgleichung für Aufnahme von Wasserstoff durch NAD+ NAD + H₂ →→→ NADH + H+ wie arbeiten NAD+ & ADP zusammen, um Energie für die Reaktionen in der Zelle bereitstellen zu können a) aus Glucose wird H₂ abgespalten b) H₂ wird von NAD+ aufgenommen → NADH + H* c) durch NADH + H+ aktivierter Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff aus der Atmungskette zu H₂O (exotherme Reaktion) d) Energie aus dieser Wassersynthese dient der Erzeugung von ATP Wasserstoffüberträger Energieüberträger energiereiche Form des ADPs Strukturformel eines Glucosemoleküls HOCH₂ OH Glycolyse = Spaltung eines Glucosemoleküls in 2 Brenztraubensäure-Moleküle unter Bildung von ATP, NADH + H+ o findet im Cytoplasma statt welche Prozesse laufen in den Mitochondrien ab a) oxidative Decarboxylierung: es entsteht CO₂, aktivierte Essigsäure & NADH b) Zitronensäurezyklus: aktivierte Essigsäure wird aufgenommen: CO2, ATP & NADH entsteht c) Atmungskette: durch NADH + H+ aktivierter Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff aus der Atmungskette zu H₂O (exotherme Reaktion); Energie aus dieser Wassersynthese dient der Erzeugung von ATP 3 große Prozesse, aus denen der Vorgang der Energiegewinnung in den Zellen zusammengesetzt ist Glycolyse, Zitronensäurezyklus, Atmungskette Phosphatrest heftet sich an ADP →ATP o dazu braucht man Energie aus Wassersynthese (endotherm) von ATP zu ADP wird aber wieder Energie frei (korrigierte) Reaktionsgleichung der Atmung C6H12O6 + 602 + 6H₂O → 6CO₂ + 12H₂O wie viel wiegt die Menge an ATP, die ein erwachsener Mensch an einem Tag produziert →70kg Energiegewinn der Atmung 2 H₂O 2 ATP Stoffwechselschritte 2ATP 2 H₂O Co 2NADH/H 2NADH/H 2 NADH/H 2 FADH₂ Glucose -1 NADH/H+ Brenztraubensäure -2 NADH/H aktivierte Essigsäure 2 H₂O Atmungskette (CO₂) 2 (C₁ 1 mol NADH/H*.liefert" 3 mol ATP : 1 mol FADH₂ liefert 2 mol ATP : CHn:O, 46 D, +6H:0–6C0, +12 H:0 B 64.1. Übersicht über den aeroben Glucoseabbau Gewinn an ATP- Redukt Gewinn áquivalent 2NADH/H 2NADH/H NADH/H FADH; ONADH/H 2 FADH₂ 80 4 ZATP 2 ATP ATP ATP 38 ATP Abbauphasen Glykolyse oxidative Decarboxy lierung Citronen- säure- zyklus Substrat abbau Atmungskette Zellatmung Gärung - Glucoseabbau durch Gärung 1) Glucose wird wie bei der Atmung in der Glycolyse zu Brenztraubensäure gespalten 2) anschließende Gärung verläuft über Acetaldehyd & unter Abgabe von CO₂ 3) Energiegewinn: 2ATP, im Vergleich zu 38ATP bei Atmung Glucose 2 ATP Brenstrauben- saure C₂ 2NAOⓇ 2NAD+2 man braucht 2NAD+ Wasserstoff muss von 2NADH + 2H* weg, damit wieder Glycolyse stattfinden kann; diesen Wasserstoff findet man bei Alkohol wieder Milchsäuregärung Vorkommen von Milchsäurebakterien: Milchprodukte (Joghurt, ...), Sauerkraut, Brot/Brötchen (→Sauerteig), Silage (Tierfutter), Salami/Mettwurst im Darm/auf Schleimhäuten von Menschen, auf Pflanzen Stoffwechsel der Milchsäurebakterien: Bhorol CO₂ selbst wenn NADH produziert würde, könnte es nicht zur Synthese von ATP dienen; Grund: anaerobe Bedingungen →keine Atmungskette es kommt kein O₂ hinzu (anaerobe Bedingungen) →nicht so viel Energieproduktion letzter Schritt der alkoholischen Gärung dient der Rückbildung von NAD+, denn in der Glycolyse, in der das ATP entsteht, wird NAD+ benötigt nur anaerob →→Gärung aber aerotolerant →bei Anwesenheit von Sauerstoff führen sie dennoch Gärung durch Muskelkater Ursachen: bei übermäßig starker Muskelbelastung -8-H Acetaldehyd Übersäuerung O O₂-Gehalt im Blut sinkt →→Muskel kann nicht mehr voll versorgt werden/weniger O₂ für Zellatmung o Muskel stellt auf anaerobe Gärung →Produkt: Milchsäure o Säure →→Schmerzen im Muskel Risse im Muskelgewebe o Muskel verletzt →Wassereinlagerung (Wasser kommt in Riss) →Gewebe schwillt an →Druck auf umliegendes Gewebe (Schmerz) →geringe Durchblutung →Schmerzverstärkung Empfehlungen gegen Muskelkater Erwärmung (warme Bäder, Sauna, Massagen)→Anregung der Durchblutung →Abtransport von Milchsäure →Muskel wird entlastet leichte Bewegung; langsam & locker weitertrainieren →bessere Durchblutung systematischer Trainingsaufbau & langsame Steigerung der Ausdauerleistung trainierter Muskel →bessere Blutversorgung →reicheres Sauerstoffangebot baut sauren Stoffe in den Muskeln schneller ab & transportiert es schneller ab