"Stoffwechselkarte des Lebens" (kleiner Ausschnitt aus Roche Biochemical Pathways)                                                                                                                                                                                                                         

 

 

Glossar Biochemie  *im Glossar erklärt

 

 

aerobe Zellatmung (Glykolyse*/ Citronensäurezyklus* (Citratzyklus)/ Atmungskette*)

Der Prozess der Energiegewinnung aus Glukose* läuft in 4 Phasen ab: 1. Phase: Glykolyse* C6-Glukose  --> 2 ATP* + 2 [H/e-] + 2 C3-Pyruvat*; 2. Phase: Umwandlung 2 C3-Pyruvat* --> 2 C2-Acetyl-Coenzym A (aktivierte Essigsäure) + 2 CO2 + 2 [H/e-]; 3. Phase: Citratzyklus: Stoffwechseldrehscheibe im "Zellkraftwerk" Mitochondrium 2 C2-Acetyl-Coenzym A (aktivierte Essigsäure) --> 4 CO2 + 8 [H/e-] + 2 ATP; 4. Atmungskette 2 + 2 + 8 [H/e-] + 6 O2  --> 32 ATP + 12 H2O. Energetische Gesamtbilanz: 1 Glucose --> 38 ATP. Info: Video;  cf. auch Übersicht hier.

 

aerob/Aerobier

Lebensweise/Organismen, für deren Leben (d.h. Energiegewinn) elementarer Sauerstoff O2 nötig ist. Fast alle höheren Lebewesen, die meisten Pilze und viele Bakterien sind obligate Aerobier, d.h. sie benötigen für ihren Atmungsstoffwechsel unbedingt molekularen Sauerstoff. Fakultative Aerobier werden auch als aerotolerant oder mikroaerotolerant bezeichnet. Sie lassen sich in Gegenwart von Sauerstoff kultivieren, ohne dass sie geschädigt werden. Fakultative Aerobier besitzen jedoch nur einen Gärungsstoffwechsel für die Energiegewinnung und können Sauerstoff selbst nicht nutzen.

alpha-Amylase

Siehe zunächst Amylase*.

Wichtige Eigenschaften: 1. alpha-Amylase (aA) erreicht ihre maximale Aktivität bei etwa 70 °C; 2. aA zerteilt Stärke* in grosse Stücke. sog. Dextrine* (syn. Stärkegummi, Maltodextrine). Dextrine sind ein Kohlenhydrat-Gemisch, das kaum Süsskraft besitzt, da in der Regel noch sehr viele verschiedene langkettige Oligo- und Polysaccharide (Mehrfach- und Vielfachzucker) darin enthalten sind. Maltodextrin entsteht durch Stärkehydrolyse, wobei verschiedene Verfahren angewendet werden. Das Resultat ist ein Gemisch aus Glukose, Disaccharid (Maltose) und Oligosacchariden (mit 3-15 Glukosen pro Kette); 3. aA erzeugt Würze* mit hohem Anteil an nicht vergärbaren Zuckern; 4. aA vermittelt dadurch dem Bier Zucker und Rundheit; 5. aA im einstufigen Verzuckerungsverfahren (Diastaserast) bei ca. 70 °C gehalten führt zu einem Bier mit Körper ("süss"; cf. Betaamylase für ein leichtes und trockenes Bier).

 

Amylase

Stärke spaltendes Enzym. Die alpha-Amylase spaltet optimal bei 70 °C das lineare Stärkemolekül Amylose --> Dextrine (längerkettige Zuckermoleküle: Vielfachzucker [Polysaccharide] + "Wenigzucker" [Oligosaccharide]) --> Maltose*, Glukose*. Amylasen wirken optimal bei 70 bis 74°C und werden bei 80°C bald zerstört.

Die beta-Amylase spaltet das verzweigte Amylopektin in den vergärbaren Zucker Maltose* und Maltotriose (Dreifachzucker: Glukose-Glukose-Glukose). Beta-Amylasen wirken optimal bei 62°C (58 bis 65°C) und sind sehr empfindlich gegenüber höheren Temperaturen: schon bei 65°C werden sie bereits nach relativ kurzer Zeit inaktiviert. Das pH-Wert*-Optimum liegt bei 5,6 bis 5,8.

Maischen: Beim einstufigen Temperaturverfahren der Verzuckerung wird auf das "Temperaturfenster" (syn. Diastasebereich) zwischen 64 bis 70 °C gesetzt, bei dem beide Amylasetypen funktionieren ("Diastaserast") . Bei mehrstufigen Temperaturverfahren wird die Maische je eine bestimmte Zeit auf einer je für die verschiedenen Enzyme optimalen Temperatur gehalten (Rasten, typischerweise Maltaserast/Glucosebildung 30-45 °C, 45 °C, Eiweissrast/Proteaserast 50-58 °C, 54 °C, Maltoserast/1. Verzuckerung 60-68 °C, 62 °C, Endverzuckerung/2. Verzuckerungsrast 68-76 °C, 72 °C, 3. Verzuckerungsrast/Dextrinbildung 78 °C).

 

anaerob/Anaerobier

Lebensweise/Organismen, für deren Leben (d.h. Energiegewinn) elementarer Sauerstoff O2 nicht nötig ist, z.B. Mikroorganismen wie Bakterien. Man unterscheidet zwischen den obligaten und den fakultativen Anaerobiern (z.B. Hefen, Milchsäurebakterien).

 

Alkohol

Der umgangssprachliche "Alkohol" ist i.d.R. der trinkfähige Alkohol Ethanol (= Ethylalkohol), H3C-CH2-OH, C2H5-OH, C2H6O. Die Vergärung von Zucker zu Ethanol ist eine der ältesten bekannten biochemischen Reaktionen.

Alkohole allgemein sind chemische -C-H-Verbindungen, die eine oder mehrere Hydroxy-Gruppen -O-H enthalten, z.B. Methanol (nicht genussfähig) CH3-OH, Propanol H3C-CH2-CH2-OH (C3H8O). Brennsprit ist ebenfalls Ethanol, aber vergällt. Vergällung bedeutet, dass Ethanol mit anderen Chemikalien, wie beispielsweise Methylethylketon (MEK) und zwei weiteren branntweinsteuerrechtlich vorgeschriebenen Markierungskomponenten, PetroletherCyclohexan,

Diethylphthalat oder Ähnlichem versetzt wird, um es für den menschlichen Genuss unbrauchbar zu machen. Für Desinfektionszwecke kann er aber gut verwendet werden, z.B. als 70%ige Lösung.

Alkohol-Dehydrogenase

Enzym, das ein Zwischenprodukt der alkoholischen Gärung, Acetaldehyd zu Ethanol reduziert und NADH/H+ oxidiert.

 

Alkoholische Gärung

Eine Form der anaeroben* Zellatmung* bei Bakterien* und Hefen* bei Sauerstoffmangel. Glukose wird wie in der Milchsäuregärung zunächst in der Glykolyse* unter Gewinn von 2 ATP-Molekülen in das C3-Pyruvat* zerlegt. Dann wird das Pyruvat* in zwei Reaktionsschritten unter CO2-Abspaltung und Einsatz des H- bzw. Elektronenspenders NADH/H+* zum C2-Alkohol Ethanol reduziert*. Der energiereiche Alhokol Ethanol wird aus der Zelle ausgeschieden und kann von der Hefe nicht mehr weiter verwertet werden.

Bilanz: Glukose C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 H+ + 2 NADH/H+ --> 2 Ethanol  C2H5OH + 2 CO2  + 2 ATP + 2 H2O + 2 NAD+.

 

Atmungskette

siehe auch "aerobe Zellatmung".

Endoxidation. Abfolge von Stoffwechselreaktionen (Redoxreaktionen) in den Mitochondrien, in deren Verlauf der Wasserstoff H bzw. die Elektronen e- [H/e-] des H/e- -Überträgers NADH/H+ mit Sauerstoff O2 zu Wasser H2O oxidiert wird; diese in der Chemie als Knallgasreaktion bekannte heftige Energiefreisetzung  läuft in den Zellen aber moderiert ab, d.h. die in kleinen Portionen frei werdende Energie wird zur Bildung von ATP* genutzt.

 

ATP

ATP (Adenosintriphosphat)  ist die universelle unmittelbar verfügbare "biologische Energiewährung", der biologische Treibstoff für alle Arbeiten wie Transport, Aufbau/Abbau von Biomolekülen und Zellbestandteilen, Wärme. ATP ist der wichtigste Überträger und Kurzfristspeicher von chemischer Energie im Zellstoffwechsel aller Lebewesen: Es fungiert also als eine Art Energieträger für alle Zellen/Organe/Organismen. Alle energiereichen als Nahrung aufgenommenen organischen Moleküle wie Kohlenhydrate (Stärke, Zucker), Eiweisse (Proteine, z.B.  im  Fleisch) und Fette müssen im Energiestoffwechsel (Glykolyse, Citronensäurezyklus, Atmungskette der Zellatmung) abgebaut und die dabei freiwerdende Energie in ATP gespeichert werden: ATP-Bilanzen aus den einzelnen Stoffwechselphasen siehe hier. ATP + H2O --> ADP + Pi, Energiefreisetzung: - 30.5 kJ/mol. Info    Info: Video

 

aufbauender Stoffwechsel (Anabolismus, Assimilation)

Beim aufbauenden Stoffwechsel werden aus einfacheren körperfremden Stoffen kompliziertere zelleigene bzw. körpereigene Stoffe und Zellstrukturen unter Energieverbrauch synthetisiert. Ausgangsstoffe sind entweder anorganische Stoffe der Umgebung oder durch die Verdauung bereitgestellte Nahrungsbestandteile, meistens zerlegt in die Grundbestandteile der drei wichtigsten Biomolekülklassen der Eiweisse (Bausteine = 21 verschiedene Aminosäuren), Kohlenhydrate (Bausteine = Zuckereinheiten wie Einfachzucker, z.B. Glukose", Fruktose*) und Fette/Lipide (Bausteine = Fettsäuren und Glycerol). Die zum Aufbau erforderliche Energie stammt aus dem abbauenden Stoffwechsel* (Bakterien, Einzeller, Tilze, Tiere, Mensch = heterotrophe Ernährung) oder aus der Sonne (via Fotosynthese bei Pflanzen = autotrophe Ernährung). 

 

Bakterien

Bakterien sind die kleinsten und auch ältesten Lebewesen auf der Erde (ca. 3.5 Milliarden Jahre). Mindestens 12'000 Arten, ca. 5'000 beschrieben. Bakterien sind einzellige oder zu Kolonien oder Zellfäden angeordnete, unterschiedlich geformte Organismen (Kugeln: Kokken, Stäbchen, kommaförmig: Vibrionen, schraubenförmig: Spirillen) ohne abgegrenzten Zellkern (d.h. keine Kernmembran, nur fadenförnige Kernsubstanz DNA*, sog. Prokaryoten*). Sie pflanzen sich ungeschlechtlich durch Zellspaltung fort. Grösse: zwischen 0.2 µm - 100 µm (1 µm = 1/1000 mm). Sie kommen fast überall auf der Erde vor, in Boden, Wasser, Luft, Gegenständen und auf/in Organismen. Bedeutung: Destruenten (Zersetzer) im Kreislauf der Natur (--> Humusbildung, Selbstreinigung Gewässer und Abwässer, Abbau von Giftstoffen), Produzenten vieler wertvoller Produkte (z.B. Gärungsorganismen, Molkereiprodukte, Vitamine, Antibiotika, Enzyme (z.B. für Waschmittel), Industriechemikalien (Aceton, Alkohol, Säuren), Krankheitserreger bei allen Organismen. siehe auch "Glossar Mikrobiologie".

 

 

                                                                                       

 

 

 

 

 

 

 

Bau der Bakterienzelle (Quelle: Duden, Basiswissen Schule Biologie, 3. Aufl. (2008), S. 40).

BIOCHEMIE  des ENERGIESTOFFWECHSELS

Wichtige Begriffe rund um die Biochemie der Gärung

 
          
    
 

beta-Amylase

Siehe zunächst Amylase*.

Wichtige Eigenschaften: 1. beta-Amylase (bA) erreicht ihre maximale Aktivität bei etwa 62 °C; 2. bA zerlegt Stärke in kleine Teile, nämlich Maltosen (Disaccharid/Zweifachzucker, zwei gebundene Glukose-Moleküle); 3. bA erzeugt Bierwürzen mit hohem Anteil an vergärbaren Zuckern; 4. bA ermöglicht dem Bier letzlich mit Hilfe der Hefen zu Alkohol; 5. bA im einstufigen Verzuckerungsverfahren (Diastaserast) bei ca. 64 °C gehalten führt zu einem leichten und trockenen Bier (cf. alpha-Amylase für Bier mit Körper, "süss").

Biotechnologie

Entwicklung von Produktionsverfahren mit Hilfe von Mikroorganismen, häufig unter Einsatz spezieller Stämme oder genetisch veränderter Mikroorganismen.


Citronensäurezyklus (Citratzyklus)

siehe auch "aerobe Zellatmung". Der Citratzyklus (Citronensäurezyklus, KREBS-Zyklus [nach dem Entdecker Hans Adolf Krebs, 1900-1981 bezeichnet]) ist ein zentraler Teilprozess im abbauenden Stoffwechsel (Katabolismus*). Er oxidiert Kohlenstoffverbindungen bis zum Kohlenstoffdioxid CO2.

 

Darren
Unterbrechung des Keimvorgangs der Gerste durch Hitze und Wasserentzug bei der Bierherstellung.

 

Desinfizieren

Massnahmen, durch welche die meisten Mikroorganismen zerstört werden, aber nicht alle, d.h. eine 100%ige Keimfreiheit wird nicht erreicht. siehe auch "Glossar Mikrobiologie".

 

DNA

Abkürzung von engl. Desoxyribonucleic acid, deutsch auch DNS. Desoxyribonucleinsäure. DNA ist ein doppelsträngiges, schraubig gewundenes Riesen-molekül, deren Bausteinabfolge der 4 Nucleotidbasen Adenin A, Cytosin C, Thymin T und Guanin G als Erbsubstanz dient (Video-Info).

 

Einfachzucker (Monosaccharid)

Einfachzucker sind die Bausteine aller anderen Kohlenhydrate wie z.B. der Stärke. Ihre Molekülstruktur ist meist ringförmig und enthalten 6 oder weniger Kohlenstoffatome. Diese einfachen Moleküle lösen sich leicht in Wasser. Bsp.: Glukose (Traubenzucker), Fruchtzucker (Fruktose), Schleimzucker (Galaktose). Einfachzucker können sich zu Doppelzzuckern (Disaccharide, Bsp. "Zucker", Haushaltzucker (Saccharose): Glukose-Fruktose, Malzzucker (Maltose: Glukose-Glukose, Milchzuzcker (Laktose: Glukose-Galaktose). Verbinden sich Einfachzucker zu langen Ketten, dann entstehen Vielfachzucker (Polysaccharide), z.B., Stärke*, Zellulose (Baustein der pflanzlichen Zellwand), Glycogen (Muskelstärke: Energiespeicher bei Mensch und Tier). Stärke, Glycogen und Zellulose bestehen aus vielfach verknüpften Glukosemolekülen (Info).

Eiweiss

siehe Protein*

Eiweissbruch

Ausfällungen verschiedenster Partikel die beim Würzekochen entstehen. Info.

 

Elektron

Negative Ladung, die in der Zelle nur durch den Oxidationszustand chemischer Verbindungen sichtbar wird. Elektronen e- sind Ladungsträger und beweglich.

 

energetische Kopplung

Unter energetischer Kopplung ist eine Verbindung zweier Stoffwechselprozesse zu verstehen, bei der ein Prozess die zur Reaktion notwendige Energie liefert, die den anderen Prozess ermöglicht. Dazu zuerst ein Beispiel aus der Technik: Bewegung. Um ein Auto fortzubewegen, wird im Automotor der Energieträger Benzin, ein Gemisch verschiedenster H-reicher organischer Moleküle, der Kohlenwasserstoffe (CH-Verbindungen) mit Luftsauerstoff O2 verbrannt (= eine Oxidation*). Ein  Teil der freiwerdenden Energie, die Verbrennungswärme, dehnt sich in ihrer Form als Heissgas aus und bewegt somit die Kolben, wird also in mechanische Bewegungsenergie (= kinetische Energie) umgewandelt. Kurz: Der Verbrennungsmotor ist eine Verbrennungsmaschine und wandelt die chemische Energie des Benzins in die Bewegungsenergie der Kolben und diese leisten dann die  mechanische Arbeit der Autofortbewegung. Der nach der Aktivierung (Zündung) spontan ablaufende Oxidationsprozess der Verbrennung (energieliefernd) wird gekoppelt mit dem energiezehrenden Prozess der Bewegung.

Biologie: Letztlich ist es bei fast allen Lebensvorgängen ebenso, dass nur eine ganz bestimmte chemische Reaktion, welche die nötige Energie liefert, gekoppelt wird mit energiezehrenden biochemischen Reaktionen, und das ist die sog. Hydrolyse von Adenosintriphosphat ATP*: ATP + H2O --> ADP + Pi [ADP: Hydrolyse: Spaltung mit Wasser; Adenosindiphosphat, energiearm; Pi: energiereiches Phosphat, das nicht frei existieren kann, sondern sofort eine andere Substanz aktiviert, im Fachbegriff "phosphoryliert"). Phosphorylierte Verbindungen sind immer energiereicher, also letztlich instabiler und dadurch reaktionsfähiger. Beispiel aus dem ersten Schritt, der auch zur alkoholischen Gärung* führt, der Glykolyse* (siehe "Bioscience" > Abb. 2, erster Reaktionsschritt Glukose --> Glukose-6-phosphat):

Dieser erste Schritt der Einbeziehung von Glukose in den Zellstoffwechsel ist ihre Verbindung mit Phosphat: Die Glukose wird phosphoryliert. Phosphat alleine, also nicht an ATP gebunden, ist reichlich in jeder Zelle vorhanden; trotzdem reagieren Glukose und Phosphat nicht spontan miteinander. Der Grund hierfür ist, dass der Energiegehalt von Glukose-6-phosphat höher ist als der Ausgangssubstanzen Glukose und Phosphat. Damit die Phosphorylierung stattfinden kann, muss den Ausgangssubstanzen Energie zugeführt werden: Diese Energie stammt aus der Hydrolyse des ATP! Darum ist das ATP in allen Stoffwechselprozessen der entscheidende Kurzfrist-Energiespeicher bzw. Energielieferant.

 

Energie

siehe auch "energetische Kopplung". Die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Biologische Arbeiten sind u.a. Bewegung/Kontraktion, Zellteilung, Biosynthesen (z.B. Aufbau der Biomoleküle Stärke, Fette, Eiweisse, Zellulose, Vitamine), Stofftransport, Reaktion auf Reize. Energie ist eneben der Materie (Baustoffe) und der Information der Schlüssel zum Verständnis des Lebens: Leben entfaltet sich als Interaktion zwischen Informationen (z.B. DNA*), Bausteinen (z.B. Biomoleküle Eiweisse [Proteine*], Kohlenhydrate*) und Energie (z.B. ATP*, NADH*).

 

Energie wird bei den Produzenten* (nur Pflanzen via Fotosynthese, einige Bakterien* und Einzeller) aus Sonnenenergie in Form energiereicher organischer Moleküle (zunächst nur in Glukose* und Stärke*) gespeichert und dann via den Energiestoffwechsel (vgl. aerobe Zellatmung*) in NADH/H+ und ATP umgewandelt und im Stoffwechsel über energetische Kopplungen* für alle biologischen Arbeiten genutzt.

Alle übrigen Lebewesen, die sog. Konsumenten wie Tiere inkl. Mensch und die Zersetzer wie Pilze* (inkl. Mikropilze wie Hefen), viele Bakterien und tierische Einzeller (Protozoen) benötigen zwingend diese energiereichen organischen Moleküle als Ausgangspunkt für den Energiestoffwechsel (siehe Bioscience > "Energie kann auf 4 Arten gewonnen werden"), um daraus in den abbauenden Stoffwechselprozessen (= Katabolismus*, z.B. aerobe Zellatmung*, Gärungen*) sowohl ATP* wie NADH*/H+ zu gewinnen.

 

Enzyme                                                                                                                                                                                                                                   Lebenswichtige Eiweisse, die als Biokatalysatoren (= Reaktionsbeschleuniger) wirken und dadurch eine biochemische Reaktion im Stoffwechsel beschleunigen. Enzyme erkennen nur eine umzusetzende Substanz (substratspezifisch) und katalysieren nur eine der möglichen Stoffwechselreaktionen (wirkungsspezifisch). Jeder noch so kleine Stoffwechselschritt benötigt je ein spezifisches Enzym (vgl. unter MUG-MIKROBRAUEREI > Bioscience > Abb. 2 Glykolyse). Enzyme setzen die sog. Aktivierungsenergie einer Reaktion herab und ermöglichen so biochemische Reaktionsabläufe bei Zell-/Körpertemperaturen (der Chemiker müsste durch Erhitzen mit der Bunsenbrennerflamme mit über 1000 °C  eine Reaktion in Gang setzen bzw. aktivieren). Info: allgemein  Reaktionsweise  Video .

siehe auch Glossar Brautechnologie A - F "Enzyme*".

 

Ethanol

Ethanol ist ein Genuss- und Rauschmittel, das in zahlreichen alkoholischen Getränken wie beispielsweise im Bier, Wein und in hochprozentigen Spirituosen enthalten ist. Alkohol ist ein natürliches Produkt, das bei der Hefegärung aus Kohlenhydraten gebildet wird. Er wird nach dem Trinken rasch ins Blut aufgenommen und gelangt in das zentrale Nervensystem, wo er psychoaktive, stimulierende bis dämpfende und enthemmende Effekte auslöst.  Ethanol ist aber auch eine wichtige Industriechemikalie (Lösungsmittel für viele Stoff, z.B. Extrakte von Pflanzenwirkstoffen) und Energieträger (z.B. als Bioethanol).

Zusatzinfo.

 

Eukaryoten

Organismen mit echtem Zellkern (d.h. mit eigener Kernmembran abgegrenzt) und zahlreichen weiteren Zellorganellen (ins Cytoplasma eingebettete Zellstrukturen mit sepzifischer Funktion, z.B. Mitochondrium*: zelluläres Atmungszentrum); höher entwickelte Zellform als die der Prokaryoten*, Vertreter: tierische Einzeller (Protozoen), Pilze z.B. Hefe, Pflanzen, Tiere, Mensch.

Organismen ohne Zellkern: siehe Prokaryoten*.

 

fakultativ

optional, nicht obligat. Bsp.: fakultativ anerobe Bakterien und die Brauhefe, die optimal in Gegenwart von Sauerstoff wachsen, aber auch in Abwesenheit von Sauerstoff leben können und ihren Stoffwechsel auf Gärung oder anaerobe Atmung umschalten (z.B. Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae).

 

Gärung

Fermentation. Anaerobe Form der Energiegewinnung; je nach Gärungstyp entstehen verschiedene Endprodukte wie Ethanol (alkoholische G.), Milchsäure (Milchsäuregärung), Essigsäure, Propionsäure, Ameisensäure, Butanol. Der Energiegewinn in Form des ATP*-Moleküls ist gering im Vergleich zur aeroben Atmung*, daher müssen die Gärer mengenmässig ein Vielfaches eines Stoffes wie Glukose umsetzen, um zur benötigten Energiemenge zu kommen. Die ausgeschiedenen (immer noch energiereichen Zwischenprodukte) sind oft für den menschlichen Bedarf interessant.

 

Glukose (Glucose)

Traubenzucker, C6H12O6 ist der häufigste in Lebewesen vorkommende Zucker. 5 Kohlenstoff- und 1 Sauerstoffatom bilden einen stabilen 6-eckigen Ring. Glukose ist ein Einfachzucker* und ist für Lebewesen ein wichtiger (indirekter) Energielieferant. Pflanzen stellen Glukose durch die Fotosynthese her (Speicherform: Stärke) und Einzeller/Pilze/Tiere/Mensch u.a. gewinnen sie durch Verdauung aus Nährstoffen wie der Stärke (Mehl, im Brot, Teigwaren u.a.). Bei der aeroben Zellatmung* wird sie durch Glykolyse*, Citratzyklus* und der Atmungskette* abgebaut, um ATP* zu gewinnen. In der alkoholischen Gärung wird sie durch die Glykolyse* zu Pyruvat* abgebaut und dann zum Alkohol* Ethanol* reduziert (Info).

Glykogen

Energiespeicher der Hefe. Glycogen ist ein wichtiges Speichermolekül, das bei einer günstigen Versorgungslage der Hefezelle aus dem Molekül Glucose-6-phosphat (G-6-P) den Energiespeicher Glycogen aufbaut: G-6-P --> Glycogen, aus dem es bei der späteren Nutzung des Energiespeichers wiederum G-6-P praktisch verlustfrei gewinnen kann: Glycogen --> G-6-P bei nur 3% Energieverluste, d.h. 97% der gespeicherten Energie stehen wieder zur Verfügung.  Info.

Hefezellen bauen den Glycogenspeicher bei Sauerstoffanwesenheit rasch ab, z.B. nach dem Anstellen in eine sauerstoffhaltige Anstellwürze, um daraus essentielle Lipide, Sterole und ungesättigte Fettsäuren zu synthetisieren, woraus dann Zellmembranen als wichtige Grundlage bei der Zellvermehrung gebildet werden. Lagert man einen Hefestarter nach Erreichen des Hoch-/Braunkräusen-Stadiums (engl. high kräusen), also der höchsten Gäraktivität noch längere Zeit z.B. eine Woche bei Zimmertemperatur oder einen Monat im Kühlschrank, so werden diese Reservestoffe wieder abgebaut und der Hefestarter kann seine Funktionen kaum mehr erfüllen. siehe auch Trehalose.

 

Glykolyse

siehe auch "aerobe Zellatmung".

"Zuckerabbau". Glukose-C6-abbauender Reaktionsweg im Zellstoffwechsel zu 2 C3-Pyruvatmolekülen in 10 enzymatisch katalysierten Schritten unter Energiegewinn in Form von 2 ATP. Dabei entstehen ebenfalls gespeicherte H- bzw. Elektronenüberträger (= Reduktionsäquivalente*:  NADH/H+), die unterschiedlich verwertet werden können, z.B. aerob* im Citronensäurezyklus*/Atmungskette* mit weiterem Energiegewinn als ATP oder anaerob* unter Bildung von Ethanol (Trinkalkohol) in der alkoholischen Gärung*. Das "Hauptverdienst" der Glykolyse ist, wie der Name Glyko- (= Zucker), lyse (= spaltend, auflösned) sagt, das Aufknacken des sehr stabilen Glukose-Zuckerrings (Sechserring) in den weniger stabilen, dafür reaktionsbereiteren Fünferring der Fruktose (Fruchtzucker), das allerdings zunächst mit der Investition von Energie in Form eines ATP*-Moleküls; in einer späteren Phase der Glykolyse* muss nochmals ein ATP investiert werden. Diese Phosphorylierung (vgl. Ausführungen zur "energetischen Kopplung") ist eine Art von "Aktivierung", was die phosphorylierten Substanzen destabilisiert und damit reaktionsfreudiger macht!

 

 

 

 

 

 

 

Glykolyse: Investitionsphase zur Vorbereitung der Spaltung des 6er-Rings Glukose C6H12O6 in den wenig stabilen Fünferring der Fruktose-2-Phosphat (vollständige Glykolyse: siehe Bioscience > Abb.  2).

[Quelle: Fritsche, Biologie für Einsteiger, 2. Aufl. (2015), S. 126, modifiziert]

 

Hefen

Hefen sind einzellige Pilze*, kernhaltig (= Eukaryoten*), die sich durch Sprossung (= ungeschlechtliche Fortpflanzung durch Abschnürung kleiner Tochterzellen, also durch Mitosen) vermehren.

Hefen können als Atmer (Aerobier) wie auch als Gärer (Anaerobier) leben, sind somit fakultative Aerobier. Einige Hefepilze haben grosse wirtschaftliche Bedeutung, z.B. Weinhefe, Bierhefe, Backhefe, Futterhefe, Nahrungsergänzung.

Siehe auch Saccharomyces cerevisiae*. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Links: Hefepilze, vereinfachte Darstellung [Quelle: Duden, Basiswissen Schule Biologie, 3. Aufl. (2008), S. 43].

Rechts: Aufbau einer sprossenden Hefezelle; Ribosomen: Eiweiss-Produktionsstätten, Mitochondrium: Atmungszentrum, Cytoplasma: zelluläre Grundsubstanz mit Enzymen; Endoplasmatisches Reticulum: intrazelluläres Transport- und Synthesesystem

[Quelle: Cypionka, Grundlagen der Mikrobiologie, 4. Aufl. (2010), S. 57, modifiziert]

 

Katabolismus

Abbauender Stoffwechsel. Alle chemischen Reaktionen in Organismen bezeichnet man als Stoffwechsel*. Beim abbauenden Stoffwechsel werden komplexe organische Verbindungen wie Eiweisse (Proteine), Kohlenhydrate und Fette (Lipide) in einfachere Verbindungen zerlegt. Diesen Vorgang nennt man auch Katabolismus oder Dissimilation. Dazu gehören die Zellatmung* und die verschiedenen Gärungen.* Im Katabolismus können sowohl Bausteine für den  Aufbau komplizierter zelleigener/körpereigener Stoffe gewonnen werden (aufbauender Stoffwechsel*) als auch Energie für den Gesamtstoffwechsel.

 

Kohlenhydrate

Organische Verbindungen, die meisten davon mit der Summenformel Cx(H2O)y, z.B. Glukose C6H12O6 = C6(H2O)6.Die Baueinheiten sind stets Einfachzucker. Nach der Molekülgrösse unterscheidet man Einfachzucker (Monosaccharide), Wenigzucker (Oligosaccharide, aus 2 bis eta 10 verknüpften Einfachzucker-Einheiten) und Vielfachzucker (Polysacccharide, Ketten aus vielen Einfachzucker-Einheiten). Die KH sind wichtige Grundstoffe des Energiestoffwechsels sowie biologische Bau-, Gerüst- und Reservestoffe.

 

Lactat 

Milchsäure, Endprodukt der Milchsäuregärung*. Verwendung als Konservierungsmittel (z.B. Gurken), in Sauermilchprodukten (Joghurt, Kefir, Buttermilch), lactofermentierte Gemüse (z.B. Sauerkraut), Lebensmittelzusatzstoff (Säuremittel,  z.B. Getränke). Als antibakteriell wirkender Zusatzstoff in Flüssigseife, Reinigungsmitteln u.a. Biologisch abbaubarer Biokunststoff PLA u.v.m.

 

Maische

Umsetzung der gedarrten Gerste zu Zucker (Maltose*) durch Gerste-eigene Enzyme*: Stärke --> vergärbare Zucker. Neben Gerste können allg. stärkehaltige Naturprodukte wie versch. Getreidearten, Kartoffeln oder auch Bananen eingesetzt werden. Dabei muss zunächst die langkettige Stärke in hefeverwertbare, kurzkettige Bruchstücke zerlegt, das heisst verzuckert werden. Je nach Rohstoffbeschaffenheit muss im geeigneten Mengenverhältnis Wasser zugegeben werden. Das Gemisch von Flüssigkeit und stärke- beziehungsweise zuckerhaltigem Stoff nennt man Maische. Der Prozess des  Maischens ist in unterschiedliche Phasen unterteilt, um den Maischprozess zu steuern: dabei werden Zeit und Temperatur variiert. Aus dem geschroteten Malz werdfen im Verlauf des Maischeprozesses Stärke, Dextrine und Zucker auch die weiteren Inhaltstoffe wie Mineralstoffe und Eiweiss  extrahiert werden. Das Endresultat des Maischeprozesses ist der nichtkonzentrierte Malzextrakt. Info.

 

Maltose

Malzzucker ist ein Doppelzucker (Disaccharid) aus zwei Glukosebausteinen: 1,4-Glukose-Glukose. Es entsteht in Pflanzen, aber auch in Tieren, die Stärke verdauen. Maltose ist also ein Abbauprodukt der Stärke* und tritt überall dort auf, wo Stärke durch Enzyme*,m die Amylasen*, abgebaut wird. Samen enthalten bei der Keimung viel Maltose, das dann nach der enzymatischen Zerlegung in die beiden Glukosemoleküle entweder zur Energiegewinnung (aerobe Zellatmung*) oder zum Aufbau der Pflanzensubstanz (z.B. Zellwände, Blätter, Fotosynthese ) im Baustoffwechsel verwendet wird. Das Malz* für Bier- und Whiskyherstellung stammt i.d.R. aus Gerste, die in der Mälzerei gekeimt ist (Maltoseinfo). Durch Bierhefen wird Maltose im Inneren der Zellen durch das Enzym alpha-Glukosidase in zwei Glukosemoleküle gespalten.

 

 

 

 

 

 

 

Maltose (Malzzucker) ist ein Doppelzucker (Disaccharid), aus 2 Glukoseeinheiten bestehend

[Quelle: Weber, Biologie Oberstufe, 2.  Aufl. (2009), S. 92]

 

 

Malz

Malz ist durch Mälzung gekeimtes und getrocknetes Getreide (Gerste, Weizen, Roggen, Dinkel, Mais o. a.). Mälzen ist der in einer Mälzerei kontrollierte Keimvorgang, bei dem aus Getreide Malz entsteht. Durch den Keimvorgang werden in den Getreidekörnern Enzyme aktiviert und gebildet, die später für den Stärke- und Eiweißabbau während des Bierbrauens zwingend notwendig sind. Info. Mälzereien.

 

Metabolismus

Stoffwechsel*. Unter Stoffwechsel versteht man die Summe der biochemischen Reaktionen in einer Zelle/Organ/Organismus. Es wird zwischem dem Energiestoffwechsel (abbauender Stoffwechsel, Katabolismus*) und Baustoffwechsel (aufbauender Stoffwechsel, Anabolismus*) unterschieden.

 

Milchsäuregärung
Eine Form der anaeroben* Zellatmung* bei Bakterien*/Tieren/Mensch bei Sauerstoffmangel. Glukose wird wie in der alkoholischen Gärung zunächst in der Glykolyse* unter Gewinn von 2 ATP-Molekülen in das C3-Pyruvat* zerlegt. Dann wird der C3-Körper ohne CO2-Abspaltung  - im Gegensatz zur alkoholischen Gärung* - zu Milchsäure (Lactat) reduziert. Die Milchsäure wird aus der Zelle ausgeschieden. Bilanz: Glukose C6tH12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NADH/H+ --> Lactat C3H5O3- + 2 ATP + 2 H2O + 2 NAD+.

 

NAD+, NADH/H+
Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid, ist ein wichtiger Wasserstoff- bzw. Elektronenüberträger (Elektronencarrier = Elektronentransporter und Kurzzeitelektronenspeicher) bei Redoxreaktionen*:    NAD+  +  2 H+  +  2 e- [= 2 H]--> NADH/H+. Das reduzierte NADH/H+ (= NAD.H2) kann die energiereichen Elektronen auf andere Stoffe übertragen, d.h. diese Stoffe werden reduziert durch die Aufnahme von H bzw. e-. Der gebundene Wasserstoff H bzw. die Elektronen können in der Atmungskette* in ATP* eingetauscht werden. 

(für vertiefte Betrachtung siehe Stichwort "Redoxreaktionen" unten; vgl. auch Dokument  Innere Zellatmung), S. 4-5).

 

Obligat

unbedingt. Bsp. Organismen, die nur in einem sauerstofffreien Lebensraum wachsen können, werden als obligat anaerob bezeichnet.

Osmose

Osmose bezeichnet die Diffusion einer Flüssigkeit durch eine selektiv-permeable Membran entlang eines Konzentrationsgefälles der Lösungsmittel im Bezug auf die gelösten Teilchen. Die Diffusion erfolgt in Richtung der höheren Konzentration

Die Grundlage der Osmose ist die Diffusion. Diffusion bedeutet, dass sich Teilchen (z. B. Salz-Teilchen) selbstständig in einem Lösungsmittel (z.B. Wasser) verteilen, bis überall in der Lösung die gleiche Konzentration erreicht ist. Die Teilchen wandern automatisch von einem Ort hoher Konzentration zu einem Ort niedrigerer Konzentration. Osmose ist Diffusion durch eine Membran (eine Art Haut, die als Trennwand funktioniert) hindurch. Diese Membran ist „semipermeabel“ oder „selektiv permeabel“, was bedeutet, dass sie nur bestimmte Teilchen durchlässt und andere nicht. Daraus ergibt sich, dass die Diffusion nur in eine Richtung funktioniert. Dieser Vorgang ist beim Brauen insofern von Bedeutung, dass Trockenhefezellen direkt in einer zu hohen Bierwürzekonzentration osmotisch geschädigt würden (--> geringere Viabilität*), wenn man sie vorher nicht rehydratisiert hat. Info.

 

Oxidation

siehe "Redoxreaktionen". Abgabe von Elektronen.  Eine Oxidationsreaktion ist immer gekoppelt mit einber Reduktion eines Reaktionspartners. Bsp. Oxidation = Elektronenabgabe: Zn --> Zn 2+  +  2 e -. Oxidierte Stoffe sind energieärmer als reduzierte Stoffe. 

 

Pasteur Louis

(1822-1895): franz. Mikrobiologe. Zeigte u.a. dass Fäulnis und Gärungen auf Mikroorganismen zurückzuführen sind. Info.

 

pH-Wert

Säuregrad. Der pH-Wert einer Flüssigkeit ist das Mass für die Stärke ihres Säuregrades. Der pH-Wert wird auf einer Skala von 0 - 14 angegeben: 0 extrem sauer, 6 schwach sauer, 7 neutral, 8 schwach basisch (alkalisch), 14 extrem basisch. Einige typische pH-.Werte: Salzsäure 3.5% pH 1, Magensäure/Zitronensaft pH 2, Coca Cola pH 3, Wein pH 4, saure Milch pH 4.5, Bier pH 5, Mineralwasser pH 6, reines Wasser pH 7, Blut pH 7.4, Waschmittellösung pH 10, Natronlauge (NaOH) 3% pH 14. Die optimale Enzymaktivität ist stark abhängig vom pH-Wert.

 

Pilze

Pilze sind einzellige, meist aber mehrzellige Organismen ohne Chlorophyll (Blattgrün der Pflanzen) und mit einer Zellwand aus Chitin (nicht Zellulose wie bei Pflanzen). Sie können also keine Fotosynthese durchführen wie die Pflanzen und sind deshalb auf organische Stoffe als Nahrung angewiesen. Mehrzellige Pilze bestehen aus Zellfäden (Hyphen), deren Zellen einen bzw. mehrerere Zellkerne besitzen. Diese Pilzfäden bauen ein mehrjähriges unterirdisches Pilzgeflecht (Myzel) auf, das den oberirdischen Fruchtkörper der Pilze bildet. Zu den Pilzen gehören z.B. Hefepilze (einzellig), Schimmelpilze (mehrzellig) und Hutpilze (mehrzellig).

 

Prokaryoten

einzellige Organismen, deren Zelle keinen echten Zellkern mit Kernmembran besitzt (nur freie Erbsubstanz DNA*).  Vertreter der Prokaryoten: Bakterien, Archaeen (Archaebakterien, Mischform zw. Prokaryoten* und Eukaryoten*).

Organismen mit Zellkern: Eukaryoten*.

 

Proteine (Eiweisse)                                                                                                                                                                                                                               Proteine gehören zu den vier Hauptklassen organischer Verbindungen der Zelle/Organe/Organismen von lebenswichtiger Bedeutung: 1. Proteine, 2. Kohlenhyrate* (Stärke*, Zuckerarten*), 3. Lipde (Fette) und 4. Nucleinsäuren (z.B. Erbsubstanz DNA*).

Proteine gehören zu den kompliziertesten Bestandteilen der Lebewesen, es sind organische Verbindungen aus 21 verschiedenen Aminosäurebausteinen mit unterschiedlichster Anzahl von verknüpften Aminosäuren. Durch die beliebig kombinierbaren Aminosäuren und der variablen Länge gibt es praktisch unbegrenzt viele Proteine. Jedes von ihnen ist auf seine eigene Weise gefaltete Molekülkette: Diese genau Form der Kette bestummt darüber, was das Protein bewirkt.

 

Pyruvat

Pyruvat C3H3O3- ist das Produkte der Glykolyse*, das sowohl in den Citronensäurezyklus* als auch in die alkoholische bzw. Milchsäure-Gärung eingeschleust werden kann. Das Pyruvat ist noch sehr energiereich, d.h. dass bei der Glykolyse nur ein geringer Teil der im Glukose*molekül enthaltenen Energie freigesetzt wird (siehe auch "aerobe Zellatmung").

 

Redoxreaktionen

Reaktion, bei der ein Reaktionspartner reduziert, der andere oxidiert wird.

Redoxreaktionen sind Reaktionen mit Elektronenübergang zwischen den Reaktionspartnern. Unter einer Oxidation versteht man einen Prozess, bei dem Atome Elektronen abgeben. Da diese Elektronen aber immer von einem Reaktionspartner aufgenommen werden, findet gleichzeitig auch eine Reduktion statt. Bei einer Oxidation wird die Oxidationszahl erhöht, bei einer Reduktion wird sie erniedrigt. Aus diesem Grunde kann eine Oxidation nie alleine auftreten, man hat es immer mit einer Reduktions-Oxidations-Reaktion zu tun = Redoxreaktion.

Bsp. 1: Oxidation = Elektronenabgabe: Zn --> Zn 2+  +  2 e -.   Reduktion = Elektronenaufnahme: Cu 2+  +  2 e -  -->  Cu.   Gesamtreaktion:  Zn  +  Cu 2+ --> Cu  + Zn 2+. Bsp. 2: Knallgasreaktion: 2 H2 +  O2 --> 2 H2O (Wasserstoff H2 --> 2 H.  d.h. 2 H mit je 1 Elektron als Reduktionsmittel --> reduzieren O zu O2-, --> O2- + 2 H+ --> H2O; H als Reduktionsmittel gibt Elektronen ab und wird dabei oxidiert, O als Oxidationsmittel nimmt Elektronen auf und wird dabei reduziert).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Links: Redoxreaktionen sind immer aus einer Oxidation = Abgabe von Elektronen bzw. Wasserstoff H und einer Reduktion = Elektronen- bzw. H-Aufnahme  gekoppelt. Rechts: Im Zellstoffwechsel sind Redoxreaktionen sehr häufig, aber es findet keine freie Elektronen- bzw. Wasserstoffübergabe statt, sondern sie sind stets an einen Überträger, meist NAD+ gebunden  

[Quelle: Markl, Markl Biologie. 1. Aufl. (2010), S. 106/107;  vgl. auch Dokument  Innere Zellatmung, S. 4-6]

 

Reduktion

siehe "Redoxreaktionen". Aufnahme von Elektronen. Eine Reduktionssreaktion ist immer gekoppelt mit einer Oxidation eines Reaktionspartners. Bsp. Reduktion = Elektronenaufnahme: Cu 2+  +  2 e -  -->  Cu. Reduzierte Stoffe sind energiereicher als oxidierte Stoffe.

 

Reduktionsäquivalent [H]

Elektron (plus Proton): H+ + e- = H, z.B. in NADH/H+ (Info). Der Energiebedarf der Zelle wird durch die Oxidation energiereicher Stoffe gedeckt, insbesondere von Glukose. Von diesen H-reichen Stoffen (C6H12O6) wird in der Glykolyse* und im Citratzyklus Wasserstoff H abgespalten und in Form von Elektronen e- und Protonen H+ auf Transportmoleküle z.B. NAD+ übertragen. Wird ein NAD+-Molekül reduziert, nimmt es zwei Elektronen und ein Proton H+ auf, das zweite Proton wird an das umgebende Milieu abgegeben: NAD+ + 2 H+ + 2 e-  --> NADH/H+ (andere Schreibweise: NADH + H+, auch (ungenau vereinfacht) NAD.H2). Das reduzierte NADH/H+ kann die energiereichen Elektronen nun auf andere Stoffe übertragen: diese werden dabei reduziert (d.h. energiereicher).

 

Reinigen

Möglichst vollständige Entfernung bzw. Reduktion von Schmutz und Resten (z.B. Hopfenrückstände, Hefbeläge). Einzeller wie Hefen Bakterien und Sporen (z.B. Pilzsporen) werden dabei nicht entfernt und können immer noch aktiv sein. siehe auch "Glossar Mikrobiologie".

 

Reinkultur

Kultur aus Nachkommen einer einzigen Zelle, Klon.

 

Saccharomyces cerevisiae

Die Bäcker- oder Bierhefe Saccharomyces cerevisiae ("Zuckerpilz des Bieres") gehört zu den Ascomyceten (Schlauchpilze: Ascus = charakteristisches sack- oder schlauchförmiges Fortpflanzungsorgan. Freie Asci werden von den Echten Hefen gebildet, die sich durch Sprossung vermehren wie die Bäcker-/Bierhefe Saccharomyces cerevisiae). Aufgrund ihres einzelligen Wachstums und der einfachen Handhabbarkeit im Labor dient die Bäcker-/Bierhefe als Modellorganismus für viele grundlegenden biochemischen/molekularbiologischen Untersuchungen, z.B. zur Funktion von Eiweissen in der eukaryotischen" Zelle. Die alkoholgärenden Hefen sind fakultativ anaerob*, bstreiten also ihren Energiestoffwechsel über aerobe Atmung*, solange Sauerstoff vorhanden ist; sie wechseln bei Luftabschluss zur Vergärung von Zuckern. Saccharomyces cerevisiae vergärt verschiedene Zucker zu Alkohol (Ethanol*) und wird heute meist als Reinzuchthefe zugesetzt, um den Verlauf des Gärprozesses zu standardisieren. Beim Backen nutzt man das entstehende Kohlenstoffdioxid CO2 zur Auflockerung des Gebäcks.

Studien zur alkoholischen Gärung haben wesentlich zum Verständnis des Stoffwechsels und der Begründung der Biochemie als Wissenschaft beigetragen.

 

Saccharose 

Rohrzucker, Haushaltzucker: ist ein Doppelzucker (Disaccharid) aus Glukose-Fruktose (Info).

 

Stärke

siehe auch "Einfachzucker". Stärke ist ein Vielfachzucker (Polysaccharid) aus 200 - 5000 Glukosebausteinen. Es ist ein Kohlenhydrat, das Pflanzen als unlöslicher Energiespeicher dient (Traubenzucker ist löslich und kann kaum gespeichert werden). Gerste, Weizen, Reis und Kartoffeln enthalten viel Stärke aus den leicht verschiedenen Polysacchariden Amylose (löslicher Teil der Stärke, Anteil ca. 1/4 der Stärke, lineare spiralige Moleküle) und Amylopektin (unlöslicher Teil der Stärke, verzweigtes Molekül; Info: cf. Aufbau von Stärkemolekülen).

 

 

 

 

 

 

Stärke ist ein Polysaccharid (Vielfachzucker) und besteht nur aus Glukose-Einheiten. Sie kommt in zwei  Formen vor: lösliche unverzweigte  Amylose und unlösliches verzweigtes Amylopektin.

[Quelle: Weber, Biologie Oberstufe, 2.  Aufl. (2009), S. 92]

 

Sterilisieren 

Massnahmen, durch welche sämtliche Mikroorganismen, also Einzeller, Algen, Bakterien, Pilze, Bakterien- und Pilzsporen sowie Viren abgetötet werden. Sterilisierte Geräte (z.B. Luftfilter, Erlenmeyerkolben zur Hefeanzucht, Geräte, Reagenzgläser, Petrischalen, Nährlösungen, Nähragar u.a.) sind zu 100% keimfrei. Der Kontakt mit Oberflächen (z.B. Tisch) oder ungefilterter Umgebungsluft kontaminiert sterile Objekte. siehe auch "Glossar Mikrobiologie".

 

Stoffwechsel (Metabolismus)

Stoffwechsel. Der Stoffwechsel ist die absolute Grundlage des Lebens. Unter Stoffwechsel versteht man die Summe der biochemischen Reaktionen in einer Zelle/Organ/Organismus. Es wird zwischem dem Energiestoffwechsel (abbauender Stoffwechsel, Katabolismus*) und Baustoffwechsel (aufbauender Stoffwechsel, Anabolismus*) unterschieden. Der Stoffwechsel wird im Wesentlichen durch Enzyme* gesteuert. Die einzelnen Stoffwechselvorgänge, z.B. Zuckerabbau (Glykolyse*), Citronensäurezyklus, Atmungskette der Zellatmung*, etc. können als eindrückliche Stoffwechselpfade als Stoffwechselkarten ausgedruckt werden: siehe hier.

Trehalose

Trehalose (auch Pilzzucker oder Mykose genannt) ist ein Disaccharid (Zweifachzucker, 1,1-verknüpfte Glukosemoleküle, nicht-reduzierend; Maltose* [Malzzucker] ist eine 1,4-Glukose-Glukose-Disaccharid, reduzierend [Info]), das natürlicherweise in verschiedenen Pflanzen, Pilzen, Algen, Bakterien und Hefen vorkommt. In Pflanzen ist es einer der Reservestoffe. Für Bakterien ist Trehalose essenziell: nur durch Anreicherung von Trehalose können sie Stresssituationen wie Trockenheit überstehen, ohne dass ihre Proteine* denaturieren. Trehalose wird auch als natürliches Frostschutzmittel bezeichnet. In Organismen, die wie die Bäcker- und Bierhefe ausgedehnte anhydrobiotische Lebensstadien (Anhydrobiose) überdauern können, kann Trehalose bis zu 20% des Trockengewichts ausmachen. In verschiedenen Geweben führt die künstliche Zugabe von Trehalose in Kombination mit anderen Substanzen (z. B. DMSO) zur Kryopräservation. Am Ende einer Hefestarter*kultur nach dem Erreichen des Hochkräusen*-Stadiums legen Hefezellen Reservespeicher an Glykogen* und Trehalose an.

Wasserstoff H (= H+ e-)

Wasserstoff kommt in reiner Form als farb- und geruchloses Gas als 2-atomiges Molekül H2 vor.  Gemische mit Luft oder mit reinem Sauerstoff explodieren nach der Zündung mit lautem Knall. Sie werden als Knallgasgemische bezeichnet:  H2 + O2 -->  1/2 H2O ΔHR = -286 kJ/mol. Dabei wird sehr viel Energie "auf einen Schlag" freigesetzt. Wasserstoff als Energieträger wird in O2/H2-Gemischen z.B. in der Raumfahrt als Raketentreibstoff  oder mittels Brennstoffzellen genutzt.

In der Natur wird ebenfalls Wasserstoff in gebundener Form als Energieträger im gesamten Soffwechsel* eingesetzt. Kennzeichen der "natürlichen" Wasserstofftechnologie: 1. H in organischen Molekülen, z.B. Methan CH4   ΔHR = - 801.5 kJ/mol; Glukose C6H12O6  ΔHR = - 2'808 kJ/mol; Saccharose (Haushaltzucker) C12H22O11  ΔHR = - 5'645 kJ/mol; Alkohole: Methanol CH4O (CH3OH)  ΔHR = - 726 kJ/mol; Ethanol C2H6O (C2H5OH)  ΔHR = - 1'368 kJ/mol; (Vergleich mit technischen Energieträgern: Propan C3H8  ΔHR = - 2'220 kJ/mol,  Butan C4H10  ΔHR = - 2'878 kJ/mol, Octan C8H18  ΔHR = - 5'471 kJ/mol).

Faustregel: Je mehr H in organischen Molekülen gebunden sind, desto energiereicher sind diese Moleküle, weil sie beim Abbau mehr H auf die Wasserstoff- bzw. Elektronenüberträger* NAD+ abgeben und diese dann in der Atmungskette* in ATP* "umgetauscht" werden können.

siehe auch "Redoxreaktionen", NAD+, aerobe Zellatmung.

 

Zellatmung

siehe aerobe Zellatmung. Innere Zellatmung.

 

Zuckerarten

Zuckerarten gehören zu den Kohlenhydraten*. Es gibt Einfachzucker (Monosaccharide): Bsp. Glukose* (Traubenzucker), Fruktose* (Fruchtzucker) , Galaktose (Schleimzucker), Zweifachzucker (Disaccharide), Bsp. Haushaltzucker (Saccharose, der "Zucker" schlechthin), Maltose (Malzzucker), Laktose (Milchzucker), und Vielfachzucker (Polysaccharide), Bsp. Amylose (lösliche Stärke), Amylopektin (unlösliche, verzweigte Stärke), Glykogen ("Muskelstärke" bzw. tierische/menschl. Stärke), Zellulose (Gerüstsubstanz pflanzlicher Zellwände). Siehe Abb. hier.

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