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Milchsäuregärung

Milchsäuregärung

Die Milchsäuregärung ist ein Stoffwechselprozess, der zur Energiegewinnung dient. Die Milchsäuregärung findet unter anaeroben Bedingungen statt, d. h. ohne den Verbrauch von Sauerstoff.

Der Prozess ist bei tierischen Zellen ein alternativer Stoffwechselweg zur aeroben Zellatmung. Wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, wird Pyruvat (Brenztraubensäure) aus der Glykolyse zu Lactat abgebaut.

Gärungen allgemein

Bei Gärungen denkst du an faule Gerüche? Nicht nur! In der Stoffwechselbiologie sind Gärungen Prozesse, bei denen organisches Material unter Energiegewinnung enzymatisch abgebaut wird. Wichtig zu wissen ist, dass bei Gärungen kein Sauerstoff vorhanden bzw. beteiligt ist!

Gärungen laufen also immer nur unter anaeroben Bedingungen ab. Meistens sind es anaerobe Mikroorganismen, die Gärungen zur Energiegewinnung nutzen.

Milchsäuregärung Definition

Die Milchsäuregärung kann zwischen einer homofermentative und einer heterofermentative Gärung unterschieden werden.

Bei der homofermentativen Milchsäuregärung wird Glucose zu Milchsäure abgebaut.

Bei der Heterofermentativen wird Glucose zu Laktat, Kohlenstoffdioxid und Ethanol abgebaut.

Im Körper wird Glucose zu Lactat, dem Salz der Milchsäure, abgebaut. Die Milchsäuregärung läuft aber nicht nur in im Körper ab, sondern es gibt viele Mikroorganismen, vor allem Milchsäurebakterien, die diese Art der Gärung durchführen. Beim Menschen läuft die Milchsäuregärung aber nur ab, wenn zu der Zeit kein Sauerstoff vorhanden ist, denn die aerobe Zellatmung ist wesentlich effektiver für die Energiegewinnung.

Milchsäurebakterien sorgen beispielsweise für die Fermentation von Käse und Quark.

Im menschlichen Körper spielt die Milchsäuregärung bei hoher körperlicher Belastung eine große Rolle. Bei hoher körperlicher Belastung entsteht in den Muskelzellen kurzfristig eine sogenannte Sauerstoffschuld, weshalb Muskelzellen vorübergehend aus Glucose Lactat produzieren, um ATP generieren zu können.

Die Sauerstoffschuld ist ein Sauerstoffdefizit, das bei starken körperlichen Belastungen wie z. B. einem Sprint entsteht. Der Körper kann nicht so viel Sauerstoff aufnehmen, wie er verbraucht, um Energie bereitzustellen. Bei einem Sauerstoffdefizit wechselt der Körper auf anaerobe Stoffwechselwege, um Energie für die Ausführung der Belastung bereitzustellen.

Ein Sauerstoffdefizit geht also immer mit der Bildung von Lactat einher. Das Defizit wird dann nach der Belastung wieder ausgeglichen und das entstandene Lactat im Muskel wird abgebaut. Eine Sauerstoffschuld besteht also kurz nach einer hohen körperlichen Belastung.

Ort der Milchsäuregärung

Die Milchsäuregärung kann zum einen beim Menschen in Muskelzellen stattfinden, wenn nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist. Zum anderen betreiben viele Mikroorganismen Milchsäuregärung. Beispiele für solche Mikroorganismen sind Milchsäurebakterien und Bifidobakterien. Die Milchsäuregärung findet im Cytosol bzw. Cytoplasma statt.

Wahrscheinlich möchte dein Lehrer*in eher den Ablauf der homofermentativen Milchsäuregärung von dir wissen. Daher konzentriert sich dieser Artikel auf die homofermentative Milchsäuregärung.

(Homofermentative) Milchsäuregärung Ablauf

Der vorausgehende Prozess für die Milchsäuregärung ist die Glykolyse. Dabei wird Glucose zu Pyruvat abgebaut. Unter aeroben Bedingungen würde eine Umwandlung und Acetyl-CoA stattfinden, was dann in den Citratzyklus der Zellatmung mündet.

Die Milchsäuregärung findet in der Matrix der Mitochondrien statt.

Milchsäuregärung Reaktionsgleichung

Reaktionsgleichung der Milchsäuregärung Milchsäuregärung StudySmarter

(Reaktionsgleichung der Milchsäuregärung Milchsäuregärung StudySmarter).

Pyruvat wird mithilfe von Coenzym zu Lactat reduziert. Dabei gibt seine Wasserstoffatome an Pyruvat ab, wodurch Lactat entsteht. Jetzt kannst du dir vielleicht schon denken, dass Pyruvat und Lactat beides -Körper sind. Das kannst du in Abbildung 1 an der Strukturformel nachverfolgen. Die Carboxylgruppe () wird zu einer Hydroxylgruppe (). Das Enzym, das die Reaktion von Pyruvat zu Lactat katalysiert, ist die Lactatdehydrogenase.

Bilanz der Glykolyse und Milchsäuregärung

Bilanz der Milchsäuregärung Milchsäuregärung StudySmarter

Milchsäuregärung - Das Wichtigste

  • Die Milchsäuregärung ist ein Stoffwechselprozess, der zur Energiegewinnung dient.
  • Sie läuft nur unter anaeroben Bedingungen ab.
  • Bei der homofermentativen Milchsäuregärung wird Pyruvat zu Lactat reduziert.
  • ist bei dieser Reaktion das Coenzym.
  • Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert heißt Laktatdehydrogenase.
  • wird bei der Reaktion wieder zu oxidiert und wird bei der Glykolyse zum Abbau von Glucose zu Pyruvat wieder eingesetzt.
  • Bei der Milchsäuregärung allein wird kein ATP gebildet. Es sichert aber den weiteren Ablauf der Glykolyse, wobei pro Molekül Glucose 2 Moleküle ATP entstehen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Milchsäuregärung

Die Milchsäuregärung läuft unter anaeroben Bedingungen, d. h. ohne Sauerstoff, ab. Pyruvat aus der Glykolyse wird bei der homofermentativen Milchsäuregärung zu Lactat umgewandelt.

Das Salz der Milchsäure wird gebildet, wenn kein Sauerstoff zur Verfügung steht, weil dann die aerobe Zellatmung und der Citratzyklus nicht ablaufen können.

Die Milchsäuregärung ist die Umwandlung von Pyruvat zu Lactat in der Matrix der Mitochondrien. Sie ist ein Teil der anaeroben Zellatmung.

Die Milchsäuregärung setzt nach der Glykolyse ein, wenn kein Sauerstoff mehr vorhanden ist.

Finales Milchsäuregärung Quiz

Frage

Wo findet die Milchsäuregärung statt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Milchsäuregärung findet in der Matrix der Mitochondrien statt.


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Frage

Wie viel Energie entsteht bei der Milchsäuregärung?

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Antwort

Bei der Milchsäuregärung an sich entsteht kein ATP, allerdings werden bei der vorausgehenden Glykolyse 2 ATP gebildet.

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Frage

Wie heißt das Enzym, das die Milchsäuregärung katalysiert?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert heißt Lactatdehydrogenase.

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Frage

In welchen Geweben/Zellen findet die Milchsäuregärung statt?

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Antwort

  • Bei menschlichen Muskelzellen
  • Bei Bakterien, wie z.B. Milchsäurebakterien

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Frage

Wann findet die Milchsäuregärung statt?

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Antwort

Bei menschlichen Muskelzellen findet die Milchsäuregärung statt, wen nicht genügend Sauerstoff für die Energiebereitstellung vorhanden ist.

Bei Milchsäurebakterien zum Beispiel dient die Milchsäuregärung zur Energiegewinnung im Stoffwechsel.

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Frage

Welche Lebensmittel werden mit der Hilfe von Milchsäurebakterien produziert?

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Antwort

  • Sauermilchprodukte wie Kefir und Joghurt
  • Sauerkraut

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Frage

Warum ist die Milchsäuregärung wichtig für die Glykolyse? 

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Antwort

Bei der Milchsäuregärung wird das Coenzym NAD+ wieder regeneriert, was für die Glykolyse unabdingbar ist. Die Milchsäuregärung ist also wichtig, damit die Glykolyse weiter ablaufen kann. Dadurch wird eine geringe Menge an Energie in Form von ATP stetig bereitgestellt.

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Frage

Welcher Stoff ist ein Endprodukt der heterofermentativen Milchsäuregärung?

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Antwort

Laktat

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Frage

Welcher Stoff ist ein Endprodukt der homofermentativen Milchsäuregärung?

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Antwort

Ethanol

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Frage

Was ist Laktat?

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Antwort

Als Laktate (Lactat) werden Salze und das Anion der Milchsäure bezeichnet. 


Ist der Körper bei hoher Belastung auf die anaerobe Energiebreitstellung angewiesen, entsteht im Muskelgewebe Laktat als Produkt des Zuckerabbaus.

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Frage

Nenne die Summenformel von Milchsäure und Laktat. 

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Antwort

Die Summenformel von Milchsäure ist C3H6O3, die Summenformel von Laktat ist C3H5O3-.

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Frage

Für welche Prozesse können Milchsäurebakterien in der Lebensmittelindustrie verwendet werden?

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Antwort

Milchsäure wird zur Fermentierung und zur Herstellung von Produkten wie Jogurt, Kimchi, Kefir oder Sauerteigbrot  verwendet.

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Frage

Welche Isomere der Milchsäure kennst Du? Wie unterscheiden sie sich? 

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Antwort

Milchsäure hat zwei Isomere und kann als L-Milchsäure oder D-Milchsäure vorliegen, welche sich in ihrer räumlichen Anordnung unterscheiden.

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Frage

Definiere anaerobe Energiebereitstellung.

Antwort anzeigen

Antwort

Die anaerobe Energiebereitstellung sind Prozesse, welche ohne Sauerstoff, Energie zur Verfügung stellen.

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Frage

Definiere aerobe Energiebereitstellung.

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Antwort

Die aerobe Energiebereitstellung ist die Energiebereitstellung unter Verbrauch von Sauerstoff. Hierzu zählt im menschlichen Organismus vorwiegend der Abbau von Glucose und der damit verknüpfte Gewinnung von ATP (Zellatmung). 

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Frage

Welche Bedeutung hat das Molekül ATP?

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Antwort

ATP (Adenosintriphosphat) ist ein energiereiches Molekül, welches mit drei Phosphatresten ausgestattet ist. Durch die Abspaltung eines Phosphatrestes wird Energie freigesetzt. Diese kann für unterschiedlichste Prozesse genutzt werden. ATP ist so etwas wie der Treibstoff von lebenden Zellen und spielt eine wichtige Rolle bei der Energiebereitstellung in Organismen.

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Frage

Vervollständige den folgenden Satz:


Im Fall der aeroben Energiebereitstellung wird Glucose im Zuge der _____ zu Pyruvat abgebaut. Dieses wird anschließend in den ______ eingeschleust“. 

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Antwort

Im Fall der aeroben Energiebereitstellung wird Glucose im Zuge der Glykolyse zu Pyruvat abgebaut. Dieses wird anschließend in den Citratzyklus eingeschleust.

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Frage

Wann werden Muskelzellen auf anaeroben Weg mit Energie versorgt?

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Antwort

  • Bei anhaltender hoher Belastung reicht der Sauerstoff nicht aus, um den Körper ausreichend über die aerobe Energiebreitstellung (Zellatmung) zu versorgen.
  • Glucose wird in der Glykolyse zu Pyruvat verstoffwechselt, kann aber anschließend nicht in den Citratzyklus eingeschleust werden.
  • Das Pyruvat wird anaerob durch die Laktatgärung verstoffwechselt.

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Frage

Was versteht man unter dem Cori-Zyklus?

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Antwort

Der Kreislauf zwischen dem Abbau von Glucose zu Laktat in den Muskelzellen und der Gluconeogenese in der Leber oder der Niere wird Cori-Zyklus genannt.

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Frage

Wieso wird bei der anaeroben Glykolyse Pyruvat zu Laktat verstoffwechselt?

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Antwort

Pyruvat wird durch die Laktatgärung anaerob zu Laktat verstoffwechselt, wodurch das Coenzym NAD+ regeneriert wird.


Das Coenzym kann dann wieder für die Glykolyse verwendet werden.

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Frage

Wie heißt das entscheidende Enzym der Laktatgärung?

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Antwort

Lakatatpolymerase

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Frage

Auf welche Weise wird Laktat im Körper abgebaut?

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Antwort

Der Laktatabbau nach der Laktatgärung kann auf zwei unterschiedliche Wege ablaufen. 


Einerseits kann das Laktat wieder durch die Laktatdehydrogenase zurück in Pyruvat umgewandelt werden. Dieses kann bei ausreichender Sauerstoffversorgung in den Citratzyklus eingebracht werden. 


Anderseits kann das Laktat in der Leber oder in der Niere über die sogenannte Gluconeogenese zurück in Glucose umgewandelt werden.

Frage anzeigen

Frage

Wann kommt es zur Übersäuerung von Muskelzellen?

Antwort anzeigen

Antwort


Das Problem entsteht dann, wenn die Konzentration von Laktat im Blut und in den Muskelzellen zu sehr ansteigt und der Abbau von Laktat nicht hinterherkommt. 


Bei zu hohen Konzentrationen von Laktat und Pyruvat können Enzyme wie die Laktatdehydrogenase auch chemischen Gründen nicht mehr effektiv arbeiten und das Laktat kann nicht umgewandelt werden. 


Laktat akkumuliert in den Zellen, der pH-Wert sinkt und es kommt zur Übersäuerung der Muskeln.

Frage anzeigen

Frage

Welche folgen hat das Akkumulieren von Laktat in den Muskelzellen.

Antwort anzeigen

Antwort

Laktat akkumuliert in den Zellen, der pH-Wert sinkt und es kommt zur Übersäuerung der Muskeln. Jetzt ist eine Energiebereitstellung auf anaeroben Weg nicht mehr möglich und die Erschöpfung tritt ein.

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Frage

Wie viel Laktat befindet sich im Ruhezustand im Blut?

Antwort anzeigen

Antwort

Ohne Belastung liegt der Laktat Ruhewert im Blut in der Regel zwischen 0,5 mmol und 2,2 mmol pro Liter Blut.

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