Dieses Video ist das zweite Video einer zweiteiligen Videoreihe, in der wir uns mit Mechanismen der Energiegewinnung beschäftigen, die ohne Sauerstoff auskommen. Anders ausgedrückt, Prozessen der Gärung. Als einen anaeroben, d.h.
ohne Sauerstoff stattfindenden Stoffwechselprozess, haben wir im letzten Video die Milchsäuregärung besprochen. In diesem Video widmen wir uns einem vor allem von Hefebakterien genutzten Stoffwechselweg zur Energiegewinnung, und zwar die alkoholische Gärung, die ebenfalls unter anaeroben Bedingungen abläuft und bei der Pyruvat mit Hilfe von zwei Enzymen zu Ethanol abgebaut wird. Bei der alkoholischen Gärung wird also Ethanol, Alkohol, produziert. Menschen haben sich diese anaerobe Gärung durch Hefezellen schon seit tausenden von Jahren zunutze gemacht, um alkoholische Getränke herzustellen. Dabei Wir nutzen die Hefezellen Zucker aus pflanzlichen Quellen, zum Beispiel Glucose aus Weintrauben oder Maltose aus Gerste, um das in Bier und Wein enthaltene Endprodukt Ethanol herzustellen.
Ebenso wie bei der Milchsäuregärung wird bei der alkoholischen Gärung Glucose als Ausgangssubstrat für die Energiegewinnung genutzt. Denn Glucose ist energiereich und der Abbau von Glucose setzt die in dem Molekül gespeicherte Energie frei, sodass sie in den Zellen zur Verfügung steht. Wie kommt man dann auf das Pyruvat?
In einem ersten Teilschritt des Glucoseabbaus, der sogenannten Glykolyse, wird aus einem Molekül Glucose zwei Moleküle Pyruvat, 2-ATP und 2-NADH++ gebildet. Die relativ geringe Energieausbeute von 2-ATP kann nur dann aufrechterhalten werden, wenn das NAD++ wieder gebildet und der Glykolyse wieder zugänglich gemacht wird. Und so wird bei der alkoholischen Gärung in einer zweistufigen Reaktion zunächst das aus der Glykolyse stammende Pyruvat durch das Enzym Pyruvat-Dekarboxylase umgewandelt in Ethanol, auch Acetaldehyd genannt, und dabei CO2 abgespalten. Das Enzym verrät also bereits etwas über die chemische Reaktion, die es katalysiert.
Es findet eine Dekarboxylierung statt, also eine Abspaltung von CO2 während der Reaktion. Anschließend Wirkt das NADH++ aus der Glykolyse als Reduktionsmittel und reduziert Ethanal mithilfe des Enzyms Alkoholdehydrogenase, man kann auch sagen unter der katalytischen Wirkung der Alkoholdehydrogenase, weiter zu Ethanol. Bei diesem Prozess wird wiederum das Molekül NAD++ regeneriert und der Glykolyse zurückgeführt, sodass ihr Ablauf weiterhin gewährleistet wird. Ihr erkennt dahinter auch die Wirkweise einer Redoxreaktion. Die Oxidation von NADH zu NAD+, das heißt die Abgabe von Elektronen, in diesem Falle 2, ist gekoppelt an die Reduktion von Ethanal zu Ethanol, das heißt der Aufnahme von Elektronen.
Denn jedes Wasserstoffatom enthält auch ein Elektron. Die vollständige Summengleichung der alkoholischen Gärung sieht wie folgt aus. Ein Molekül Glucose C6H12O6 und 2ADP plus P werden umgesetzt zu zwei Molekülen Ethanol, zwei Molekülen CO2 und zwei ATP. Die alkoholische Gärung spielt im Alltag nicht nur in der Wein- und Bierherstellung eine entscheidende Rolle, sondern bildet auch die Grundlage bei der Herstellung von Backwaren. Hier ist das CO2 als Abfallprodukt von zentraler Bedeutung, damit der Teig aufgeht und schön fluffig wird.
In absoluten Einzelfällen ist sogar der menschliche Körper nicht gewahrt vor alkoholischen Gärungsprozessen. Beim sogenannten Eigenbrauersyndrom, zurückzuführen auf eine Erkrankung des Darms, kann der Körper infolge der starken Vermehrung spezieller Hefepilze selber Alkohol im Darmtrakt produzieren. Mit durchaus erheblichen psychosozialen Folgen für die Betroffenen, wie man sich leicht vorstellen kann.
Auch wenn unser Körper bei der Verdauung geringe Mengen an Alkohol produziert, ist doch der umgekehrte Weg der üblichere. Konsumierter Alkohol wird enzymatisch über Acetaldehyd, das ist übrigens das toxische Zwischenprodukt, das für die Symptome des Alkoholkaters verantwortlich ist, zu Ethanal und anschließend zu weiteren unschädlichen Stoffwechselprodukten abgebaut.