Praktikumsanleitung â€žHefefermentationâ€œ - Hochschule Mannheim

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Institut für Biologische Verfahrenstechnik www.che.hs-mannheim.de/ibv Praktikumsanleitung „Hefefermentation“ Prof. Dr. P.M. Kunz, Dr.-Ing. I. Sommer, Dr. S. Schilling 27.03.2013 A) Lag-Phase: Adaptionsphase an neue Umgebung, verlangsamtes Wachstum, kaum Änderung der Zellkonzentration aber Zellmassezunahme B) Beschleunigungsphase: Beginn der Teilung C) log-Phase: nicht limitiertes Wachstum, maximale Wachstumsrate, exponentielles Wachstum D) Limitiertes Wachstum: Limitiertes Wachstum durch Substratunterversorgung, Abbau zelleigener Speicherstoffe, erste Zellen sterben E) Stationäre Phase: Absterberate = Vermehrungsrate, konstante Zellzahl, maximale Zellmassenkonzentration und Zellzahlkonzentration Abb. 4: Wachstumsverlauf einer Hefekultur [1] Die Generationszeit, also die Zeit, in der sich die Zellzahl verdoppelt, kann wie folgt durch logarithmisches Auftragen ermittelt werden: Abb. 5: Ermittlung der Generationszeit durch logarithmisches Auftragen [5] 13-03-27_SchillingSommer-Pflichtpraktikum Hefe doc.docx Seite 6 von 20 Institut für Biologische Verfahrenstechnik - Hochschule Mannheim Paul-Wittsack-Str. 10, 68163 Mannheim Tel. (0621) 292-6304/6471 Fax: (0621) 292-6470 E-mail: p.kunz@hs-mannheim.de, I.Sommer@hs-mannheim.de, S.Schilling@hs-mannheim.de
Institut für Biologische Verfahrenstechnik www.che.hs-mannheim.de/ibv Praktikumsanleitung „Hefefermentation“ Prof. Dr. P.M. Kunz, Dr.-Ing. I. Sommer, Dr. S. Schilling 27.03.2013 3.3 Stoffwechsel [1] Zum Aufbau von Zellsubstanz (Anabolismus) verbraucht der Organismus Energie. Die hierfür notwendige Energie wird beim Abbau hochmolekularer Stoffe (Katabolismus) gewonnen. Bei der Dissimilation, also dem Abbau hochmolekularer energiereicher Stoffe zu niedermolekularen, energieärmeren Stoffen, wird Energie freigesetzt, die in Form von ATP gespeichert wird. Man unterscheidet zwei Arten von Dissimilationsvorgängen: Hefe ist in der Lage sowohl durch Atmung (aerob = mit Sauerstoff) als auch durch Gärung (anaerob = ohne Sauerstoff) Energie zu gewinnen [1]. 3.3.1 Atmung [1, 6] Der aerobe Stoffwechsel der Hefe ist identisch mit der Zellatmung in eukaryotischen Zellen. Die Hefezelle verstoffwechselt dabei Glucose zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Gesamtgleichung der Atmung: Glucose + Sauerstoff --Enzyme---> Kohlenstoffdioxid + Wasser + Energie C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 --Enzyme---> 6 CO 2 + 2 H 2 O + 38 (36) ATP Bei der Atmung werden die Nährstoffe zu CO 2 oxidiert, der Energiegewinn erfolgt dabei im Vergleich zur Gärung mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad. Die Zellatmung liefert pro Mol Glucose 38 Mol ATP (eigentlich sind es nur 36 Mol, da bei dem aktiven Transport der Brenztraubensäure 2 Mol ATP verbraucht werden). Wie auch die Gärung startet die Atmung mit der Glycolyse im Cytoplasma, bei der Glucose zu Pyruvat (Brenztraubensäure) abgebaut wird. Glycolyse: C 6 H 12 O 6 + 2 NAD + + 2 ADP + 2 P 2 C 3 H 4 O 3 + 2 NADH 2 + 2 ATP An die Glycolyse schließt sich die oxidative Decarboxilierung an. Hier wird die während der Glycolyse gebildete Brenztraubensäure in drei Schritten in den Mitochondrien zu Acetyl-Coenzym A umgesetzt. Oxidative Decarboxylierung: Brenztraubensäure C 3 H 4 O 3 + CoA + NAD + ----> Acetyl-CoA +CO 2 +NADH+H + Im anschließenden Citronensäurezyklus wird in mehreren Schritten dieses weiter zu Kohlendioxid umgesetzt. Zwischenprodukte sind dabei u.a. Citronensäure, Äpfelsäure, Oxalsäure und Bernsteinsäure. 13-03-27_SchillingSommer-Pflichtpraktikum Hefe doc.docx Seite 7 von 20 Institut für Biologische Verfahrenstechnik - Hochschule Mannheim Paul-Wittsack-Str. 10, 68163 Mannheim Tel. (0621) 292-6304/6471 Fax: (0621) 292-6470 E-mail: p.kunz@hs-mannheim.de, I.Sommer@hs-mannheim.de, S.Schilling@hs-mannheim.de
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