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Kapitel 14

Gärungen


Bearbeitet von: Sebastian Steigenberger & Sören Christian Trümper

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(1) Was ist eine Disproportionierung?

(2) Was sind die wichtigsten reduzierten und oxidierten Gärungsprodukte?

(3) Welche Reaktionen durchläuft Pyruvat in den Gärungen?

(4) Durch welche Reaktionen konservieren Gärer ATP?

(5) Wo entsteht Wasserstoff?

(6) Wie könnten Milchsäuregärer auf chemiosmotischem Wege Energie konservieren?

(7) Weshalb macht ein Clostridium Buttersäure?

(8) Welche Coenzyme sind an der Propionatgärung beteiligt?

(9) Welches ist der schlechteste Elektronenakzeptor?


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(1) ? Was ist eine Disproportionierung?

  

   Disproportionierung nennt man eine Reaktion, bei der ein Molekül unter gleichzeitiger Oxidation und Reduktion gespalten wird. Sie ist notwendig, da unter den Bedingungen der Gärung kein O2 vorhanden ist, welches die Reduktionsäquivalente aufzunehmen vermag, weshalb hierfür das Substrat benutzt wird.


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(2) ? Was sind die wichtigsten reduzierten und oxidierten Gärungsprodukte?

  

   Die wichtigsten oxidierten Produkte sind CO2, Formiat und Succinat; die wichtigsten reduzierten H2, Ethanol, Propionat, sowie Butyrat. Weitere wichtige Produkte sind Acetat und Lactat, die in ihrem Oxidationsgrad der Glucose entsprechen.


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(3) ? Welche Reaktionen durchläuft Pyruvat in den Gärungen?

  

   Pyruvat ist das Schlüssel-Intermediäre der Gärungen. Es kann
- reduziert werden zu Lactat (Milchsäuregärung)
- decarboxyliert werden zu Acetaldehyd (alkoholische Gärung)
- carboxyliert werden zu Oxalacetat (Propionsäuregärung)
- gespalten werden zu Acetyl-CoA und Formiat (Pyruvat-Formiat-Lyase)
- oder zu Acetyl-CoA unter Reduktion von Ferredoxin oxidiert werden (Pyruvat-Ferredoxin-Oxidoreduktase).


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(4) ? Durch welche Reaktionen konservieren Gärer ATP?

  

   Typischerweise konservieren Gärer ATP durch Substratphosphorylierung. Dabei wird in Kinase-Reaktionen ein Phosphatrest von phosphorylierten Metaboliten auf ADP übertragen. Die wichtigsten Fälle sind die Umsetzung von 1,3-Bisphosphoglycerat zu 3-Phosphoglycerat und von Phosphoenolpyruvat zu Pyruvat in der Glykolyse in der Glykolyse. Außerdem ist die Acetat-Kinase sehr wichtig. Acetylphosphat entsteht dabei häufig durch die Phosphotransacetylase aus Acetyl-CoA und Phosphat (Gl. 14.1, S. 148).


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(5) ? Wo entsteht Wasserstoff?

   Wasserstoff als Gas nicht mit Reduktionsequivalenten [H] verwechseln!

   Wasserstoff wird von Gärern gebildet, die keine Möglichkeit haben, Reduktionsequivalente auf externe Elektronenakzeptoren zu übertragen. Hierzu sind Reaktion mit niedrigen Redoxpotential erforderlich.
Die Formiat-Hydrogen-Lyase spaltet Formiat zu CO2 und H2; die Pyruvat-Ferredoxin-Oxidoreduktase spaltet Pyruvat zu Acetyl-CoA, CO2 unter Reduktion von Ferredoxin. Von Ferredoxin können die Reduktionequivalente mit Hilfe einer Hydrogenase als molekularer Wasserstoff ausgeschieden werden.


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(6) ? Wie könnten Milchsäuregärer auf chemiosmotischem Wege Energie konservieren?

  

   Auf chemiosmotischem Weg können Milchsäuregärer Energie konservieren, wenn sie ein elektrogenes Symportsystem besitzen, das Lactat mit mehr als einem Proton freisetzt, wodurch ein Protonengradient aufgebaut wird. Durch Protonentranslocation kann die ATPase an der Membran Energie konservieren.


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(7) ? Weshalb macht ein Clostridium Buttersäure?

   Vorsicht bei Fragen, die mit 'weshalb' beginnen!

   Die Erzeugung von Buttersäure als letzten Schritt in der Buttersäuregärung bringt den Vorteil, dass durch die Bildung eines stark reduzierten Endprodukts sich die Möglichkeit eröffnet, ein halbes ATP zusätzlich zu gewinnen. Dies geschieht unter Teilnahme von Acetat über die Phosphotransacetylase und die anschließende Acetat- Kinase, wo ein ADP zu ATP reduziert wird.


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(8) ? Welche Coenzyme sind an der Propionatgärung beteiligt?

  

   Es sind das Coenzyme Biotin, welches an Carboxylierungsreaktionen beteiligt ist, und das Coenzym B12- wichtig für Methylierungsreaktionen und Umlagerungen von Kohlenstoffgerüsten.


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(9) ? Welches ist der schlechteste Elektronenakzeptor?

  

   Den schlechtesten Elektronenakzeptor stellen Protonen dar, sie besitzen das negativste Redoxpotenial bei pH 7. Ihre Reduktion ist nicht an Energiekonservierung gekoppelt sondern stellt eine Entlastungsreakion von Gärern dar.


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