Wie unterscheiden sich alkoholische Gärung und Milchsäuregärung?

Das bei der Glykolyse der Gärung benötigte NAD+ muss nun jedoch wieder aus dem NADH+ H+ zurückverwandelt werden, damit die Glykolyse weiterhin ablaufen kann. Hier unterscheidet man zwischen „alkoholischer Gärung“ und „Milchsäuregärung“ (Abb. 1).

Abb. 1: Vergleich - alkoholische Gärung und Milchsäuregärung
Abb. 1: Vergleich - alkoholische Gärung und Milchsäuregärung

Bei der alkoholischen Gärung entstehen aus den 2 Molekülen Brenztraubensäure (Pyruvat) unter Abspaltung von 2 Kohlenstoffdioxiden zunächst zwei Moleküle Ethanal. Anschließend werden diese zwei Moleküle Ethanal mit Hilfe von NADH+ H+ zu zwei Molekülen Ethanol (= Alkohol) reduziert. Dabei werden zwei H+ von NADH+ H+ abgespalten, die sich mit dem Ethanal zu Ethanol verbinden, und es entsteht wieder NAD+. Dieser Prozess nennt sich „alkoholische Gärung“ da zwei Moleküle „Alkohol“ (Ethanol) entstehen (Abb. 1).

 

Gesamtbilanz der alkoholischen Gärung: (vereinfacht) 

Glucose (C6 H12 O6) + 2 ADP + P 2 Ethanol (C2 H6 O) + 2 C02 + 2 ATP

 

Alkoholische Gärung durch Hefe (einzellige Pilze = Mikroorganismen) wird als Grundlage der Bier – und Weinherstellung und auch bei der Produktion von Backwaren genutzt. Viele kennen es aber vielleicht auch von torkelnden Kühen auf der Weide. Mikroorganismen dringen ins Innere einer besiedelten Frucht ein. Man nimmt das z.B. als weiche Stelle oder braunen Fleck auf einem Apfel wahr. Während dieses Zersetzungsprozesses kann es stellenweise, besonders im Inneren der Frucht, zu Sauerstoffmangel kommen. Die dort arbeitenden Hefen stellen dann ihren Stoffwechsel auf alkoholische Gärung um. So ist es möglich, dass verdorbene Früchte Alkohol enthalten. Fressen dann Kühe auf der Weide die Äpfel unter einem Baum...werden sie betrunken.

Hier ein gutes Video zu den Abläufen bei der alkoholischen Gärung.

 

Bei der Milchsäuregärung werden keine Kohlenstoffdioxidmoleküle abgespalten, so dass aus den 2 Molekülen Brenztraubensäure (Pyruvat) direkt 2 Moleküle Lactat (Milchsäure) entstehen können. Hierbei gibt NADH+ H+ wieder 2 H+ ab, die mit dem Pyruvat zu Lactat reagieren, und wird zu NAD+ und der Prozess kann mit einem neuen Glucosemolekül wieder beginnen (Abb. 1).

 

Gesamtbilanz der Milchsäuregärung: (vereinfacht)  

Glucose (C6 H12 O6) + 2 ADP + P 2 Lactat (C3 H6 O3) + 2 H+ + 2 ATP

 

Die Milchsäuregärung spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Joghurt, Käse, Sauerteig oder zum Beispiel Sauerkraut. Das dabei gebildete Lactat (das Salz der Milchsäure) senkt den pH-Wert und wirkt so konservierend und beeinflusst Geschmack und Konsistenz des Lebensmittels.

Milchsäuregärung findet außerdem auch in unseren Muskeln statt, denn auch unsere Muskelzellen sind der Lage ohne Sauerstoff zu atmen, z.B. wenn bei hohen sportlichen Belastungen (intensiver Ausdauerlauf) irgendwann nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verfügung steht, dann setzt die Milchsäuregärung ein und gewinnt auf diese Art weitere Energie. Bei hohen Lactatmengen im Muskel, kommt der Körper mit dem Abbau von Lactat nicht mehr nach und der Muskel "übersäuert", was Schmerzen verursacht und die Leistungsfähigkeit stark mindert (bis hin zum Abbruch der Belastung). Lactat hat übrigens nichts mit dem „Muskelkater“ zu tun, wie manche immer noch meinen.

Hier ein gutes Video zu den Abläufen bei der Milchsäuregärung.

 

Zusammenfassend können wir uns also merken, dass die Gärung der Vorgang ist, der Glucose unter anaeroben Bedingungen (ohne Sauerstoff) abbaut, während die Zellatmung Sauerstoff benötigt.

Werden bei der Zellatmung aus einem Glucosemolekül 38 ATP-Moleküle gewonnen, entstehen bei der Gärung nur 2 ATP-Moleküle. So gesehen könnte die Gärung als eine Energieverschwendung angesehen werden, da sie bei der Verarbeitung der Glucose nur einen Bruchteil der möglichen Energie gewinnt, die die Glucose liefern könnte. Doch trotzdem ist die Gärung für Lebewesen überlebenswichtig, denn sie setzt ein, wenn kein bzw. zu wenig Sauerstoff für Stoffwechselvorgänge vorhanden ist und die Zellatmung dadurch nicht mehr ausreichend Energie erzeugen kann.

An einem Beispiel: Stellt euch vor, ihr lauft vor einem Löwen davon und rennt so schnell, dass der eingeatmete Sauerstoff nicht mehr ausreicht, um die Bewegung aufrecht zu halten. Dann wäret ihr froh, dass die Milchsäuregärung euch noch wenigstens etwas Energie bringt, um weiterlaufen zu können.