6-Zur Bestimmung der β-Galactosidaseaktivität werden folgende Ansätze hergestellt:900 µl 0.05 M Na/K-Phosphatpuffer pH 7.4+ 100 µl ONPG (5 mg/ml)+ 100 µl Zell-Lysat(Die Zell-Lysate werden erst zugegeben, wenn alle Ansätze Phosphatpuffer und ONPGenthalten).- Die Testansätze werden 15 m<strong>in</strong> bei 37°C im Brutschrank <strong>in</strong>kubiert. Dann wird dieEnzymreaktion durch Zugabe von 40 µl Na 2 CO 3 -Lösung (10 %ig) gestoppt.- Die Ext<strong>in</strong>ktion der Proben wird bei 420 nm <strong>in</strong> Halbmikroküvetten bestimmt.Herstellung des Leerwerts:1 ml 0.05 M Na/K-Phosphatpuffer pH 7.4+ 100 µl ONPG (5 mg/ml)+ 40 µl Na 2 CO 3 -Lösung (10 %ig).Auswertung:Die Ext<strong>in</strong>ktionswerte der e<strong>in</strong>zelnen Testansätze s<strong>in</strong>d <strong>in</strong> die nachfolgende Tabelle e<strong>in</strong>zutragen.Um welche Mutationen kann es sich bei den Stämmen E. coli W575 bzw. E. coli 1783handeln?Zeit E. coli B leu3 E. coli W575 E. coli 1783I II III I II III I II III--------------------------------------------------------------------------------------------------------------0 m<strong>in</strong>--------------------------------------------------------------------------------------------------------------45 m<strong>in</strong>--------------------------------------------------------------------------------------------------------------90 m<strong>in</strong>--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
7Alkoholische Gärung bei Saccharomyces cerevisiaeFakultativ anaerobe Organismen können ihren Energiebedarf durch aerobe Atmung bzw. <strong>in</strong>Abwesenheit von Sauerstoff durch anaerobe Atmung oder Gärung decken. Unter aerobenBed<strong>in</strong>gungen wird Glucose vollständig zu CO 2 und H 2 O abgebaut, wobei durchSubstratkettenphosphorylierung und oxidative Phosphorylierung <strong>in</strong>sgesamt 36 Mol ATP proMol Glucose entstehen. Das beim Glucoseabbau zu NADH + H + reduzierte NAD + wird dabei<strong>in</strong> der Atmungskette wieder vollständig regeneriert. Auch bei der anaeroben Atmung, bei deroxidierte anorganische Verb<strong>in</strong>dungen wie NO - 3 , SO 2- 4 oder Fe 3+ als term<strong>in</strong>ale Elektronenakzeptorengenutzt werden, wird NAD + durch E<strong>in</strong>speisen von Elektronen <strong>in</strong> die Atmungsketteaus NADH + H + regeneriert.Bei der Gärung werden die bei der Oxidation organischer Substrate anfallenden Elektronenauf organische Akzeptoren übertragen. Gärungsreaktionen dienen somit der Regeneration vonNAD + , das zur Aufrechterhaltung der Glycolyse erforderlich ist, die bei der Gärung denalle<strong>in</strong>igen energiegew<strong>in</strong>nenden Prozess darstellt. Der Energiegew<strong>in</strong>n bei der Gärung istfolglich sehr ger<strong>in</strong>g, so dass Gärungsreaktionen nur dann ablaufen, wenn ke<strong>in</strong>e geeignetenanorganischen term<strong>in</strong>alen Elektronenakzeptoren vorhanden s<strong>in</strong>d. Gärungsreaktionen laufenauch ab, wenn Enzyme der Atmungskette fehlen (z.B. <strong>in</strong> Hefe-"petite"-Mutanten) oder durchDrogen blockiert s<strong>in</strong>d. Bei vielen Bakterien wird das <strong>in</strong> der Glycolyse entstandene NADH +H + dazu verwendet, deren Endprodukt, Pyruvat, zu Lactat zu reduzieren (Milchsäuregärung),wobei wieder NAD + entsteht. Hefen, wie die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae,decarboxylieren das Pyruvat zunächst und reduzieren das dabei entstehende Acetaldehyddann mit Hilfe von NADH + H + zu Ethanol (alkoholische Gärung). Sowohl bei derMilchsäuregärung als auch bei der alkoholischen Gärung wird soviel NADH + H + verbraucht,wie zuvor <strong>in</strong> der Glycolyse produziert wurde.Um Lactat oder Ethanol weiter abbauen zu können, wird NAD + benötigt, das nur von derAtmungskette geliefert werden kann. Fakultativ anaerobe Organismen, die unter anaerobenBed<strong>in</strong>gungen Lactat oder Ethanol akkumulieren, können diese Substanzen folglich nur unteraeroben Bed<strong>in</strong>gungen unter Energiegew<strong>in</strong>n weiterverwerten.Auch Glycer<strong>in</strong> kann nur unter aeroben Bed<strong>in</strong>gungen als Energiequelle genutzt werden, dennbeim Umbau von 1 Mol Glycer<strong>in</strong> zu Pyruvat müssten 2 Mol NAD + zu NADH + H + reduziertwerden, bei der anschließenden Gärungsreaktion mit Lactat oder Ethanol als Endproduktkönnte aber nur 1 Mol NAD + regeneriert werden.Wird <strong>in</strong> Hefezellen das bei der alkoholischen Gärung anfallende Acetaldehyd durchHydrogensulfit oder Semicarbazid aus dem Prozess gezogen, so wird das <strong>in</strong> der Glycolyseentstehende NADH + H + hauptsächlich dazu verwendet, um Dihydroxyaceton-3-phosphat zu3-Phosphoglycer<strong>in</strong> zu reduzieren, das dann mit Hilfe der Phosphoglycer<strong>in</strong>k<strong>in</strong>ase unter ATP-Bildung <strong>in</strong> Glycer<strong>in</strong> umgewandelt wird. NAD + und NADH + H + s<strong>in</strong>d dabei <strong>in</strong> e<strong>in</strong>emKreislauf. Dieser Prozess wird auch angewendet, um Glycer<strong>in</strong> <strong>in</strong>dustriell herzustellen.