Wäre meine Gliederung für meine Chemie-Präsentation über das Thema alkoholische Gärung so in Ordnung?

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Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Schule, Biologie
13.01.2018, 00:55

Hi,

vielleicht ein paar Gedanken, das Zusammenfassen Basis der Gärung und Biochemische Prozesse ist eine gute Idee, wobei das natürlich ein zentrales Kapitel werden sollte.

Die Leitfrage danach, wie der Alkohol in den Wein oder das Bier kommt, ist natürlich berechtigt, wobei man die Frage nach dem biologischen Sinn der Gärung nicht aus dem Auge verlieren sollte. Die Mikroorganismen betreiben ja keine Gärung, damit wir uns einen zwitschern können, sondern haben sich dabei etwas anderes gedacht. Was?

Das sollte deine Präsentation, wenn nicht in der Leitfrage, um Interesse zu wecken ist die so gestellt, das kann man schon nachvollziehen, aber dann später jedenfalls geklärt werden.

Für uns ist das seit tausenden Jahren ein willkommener Nebeneffekt, dass da Alkohol bei entsteht :) Wenn man z.B. an Met denkt https://de.wikipedia.org/wiki/Met ein berauschender Honigwein, der schon von den alten Germanen konsumiert wurde und dessen Rezept auf mindestens 3000 v. Chr. zurückgeht, also sehr, sehr alt und traditionsreich ist.

Dann berührt die Gärung einen der zentralsten Stoffwechselwege des Organismenreiches. Wenn andere darüber blaffen, es sei nicht interessant, Biologie oder Biochemie ohne Gärung wäre das Gleiche, wie ein Vortrag über Stahlwerke, ohne Hochöfen zu erwähnen oder Fußball ohne Ball. Das ist das absolute Zentrum des energieerzeugenden Stoffwechsels fast aller lebenden Organismen und seine Entdeckung ist zugleich die Wiege der Biochemie. Dieses Fachgebiet entstand damit erst. Nachvollziehbarerweise drückt dein Lehrer jemandem das Thema aufs Auge, weil es eben nicht wegzudenken ist.

Der erste Teil, die Glykolyse, von der Glucose zum Pyruvat. Wo liegt hier der Sinn in diesem Stoffwechselweg? Es ist ein ATP-erzeugender Prozess, in dem organische Verbindungen zur ATP-Erzeugung genutzt werden und der unter Abwesenheit von Sauerstoff (O2) ablaufen kann. Diese Form der Energiegewinnung ist für alle Lebewesen ganz zentral, das nennt man Substratkettenphosphorylierung. Das ist eines der Schlagworte dieses ersten Teils der Gärung schlechthin. Wenn du das einbaust, hast du Aufstiegschancen zur 2+/1-. Wenn der Gesamteindruck stimmt :) Eine energiereiche Phosphatbindung aus organischen Zwischenprodukten der Gärung wird auf ADP übertragen. Es gibt nur eine Handvoll Verbindungen im Stoffwechsel der Zellen, die das können. Zwei davon kommen in der Gärung vor, 1,3-Bisphosphoglycerat und Phosphoenolpyruvat. Die andere Form der ATP-Gewinnung geht über die "protonenmotorische Kraft", d.h. über einen H+-Konzentrationsgefälle (Gradienten) der über eine Biomembran aufgebaut wird. Mehr als diese beiden Möglichkeiten gibt's nicht. Substratkettenphosphorylierung oder protonenmotorische Kraft. D.h. man ist hier im Herz des Energiestoffwechsels, den ganz grundlegenden Stoffwechselschritten, wie Organismen aus dem Abbau von Brennstoffmolekülen (Glucose) Energie gewinnen können.

Die zweite Bedeutung der Gärung, außer Energiegewinn (und das Endprodukt aus unserer Sicht), was ist das Schicksal des Pyruvats? es entsteht in 2 Schritten Ethanol (Alkohol), dabei wird CO2 freigesetzt, aber warum macht die Hefe diese beiden Schritte noch? Dabei erfolgt kein weiterer Energiegewinn? Sie könnte das Pyruvat auch einfach als Endprodukt der Gärung belassen, warum weiter umwandeln?

Das ist die zweite Bedeutung der Gärung für den Organismus, weshalb wir an den Alkohol kommen. Bei der Reduktion von Acetaldehyd zu Ethanol mit Hilfe der Alkohol-Dehydrogenase, wird NADH oxidiert zu NAD+, welches vorher, in der Glykolyse, als Elektronenakzeptor verwendet wurde. Nun ist es Elektronendonor. Es wird also recycelt. Recycling von NAD+, das ist der eigentliche Hintergedanke den die Gärung betreibenden Organsimen haben, wenn sie Pyruvat zu Alkohol umwandeln. Damit haben sie ein ausgeglichenes Verhältnis an Redoxäquivalenten (NAD+ <---> NADH + H+), die in der Nettoreaktion der alkoholischen Gärung gar nicht mehr auftauchen:

Glucose + 2Pi + 2ADP +2H+ --------------> 2Ethanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2O

Dann viel Erfolg, Gruß, Cliff

Danke, Cliff!
Damit wäre ja das Referat zur Hälfte fertig. :p
Ich müsste jetzt los; dennoch hätte ich ein paar Fragen:
Wäre das für eine 10. klasse verständlich?ohne / kaum Vorkenntnisse.
Also habe ich ja im Grunde genommen 2 "Hauptreaktionen", diese  uns dann, dank Hefe, mit der CO2-Produktion unser Ethanol Bzw. unseren Alkohol "herstellen"
Ich melde mich dann später wieder!

Danke Dir!
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hehe :) ja gerne, du musst es in dem Wortschatz und mit dem Vorwissen der 10. Klasse formulieren, d.h. wo es geht vereinfachen, muss man schauen
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Ich hätte eine Verständnisfrage; Zitat aus http://www.biologie-schule.de/alkoholische-gaerung.php
Der Ablauf der alkoholischen Gärung einfach erklärt:
Der mikrobielle Abbau von Kohlenhydraten erfolgt unter anaeroben (sauerstofffreien) Bedingungen über den Prozess der Gärung. Mikroorganismen benötigen für Zellerhaltung und Zellteilung laufend neue Energie. Durch die Verwertung von Sacchariden (Kohlenhydrate) kann der universelle Energieträger ATP über unterschiedliche Reaktionen gewonnen werden. Hat die Zelle genügend Sauerstoffmoleküle in ihrer Umgebung, laufen mit dem Citratzyklus und der Atmungskette zwei effektive Prozesse ab. Fehlt es allerdings an Sauerstoff, bleibt die Energiegewinnung über jene Abläufe der Zelle verwehrt. Mittels Gärung kann dennoch ATP erzeugt werden.

D.h., dass es nicht notwendig ist, dass Hefezellen Sauerstoff haben, oder?
Denn nur ohne Sauerstoff ist diese "richtige Gärung" möglich, korrekt?

Danke!:)
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ja, genau.

Man nennt diese Mikroorganismen, die sich das aussuchen können, "fakultativ anaerob", d.h. sie können bei Bedarf auswählen, ob sie Energiegewinn mit oder ohne Sauerstoff betreiben, um zu überleben.

Wir können das nicht auswählen, nimmt man uns den Sauerstoff weg, sterben wir, zwingend. Wobei der aerobe Teil der Verstoffwechselung des Pyruvats in besonderen Zellorganellen, den Mitochondrien stattfindet.

Diese haben vermutlich den Teil des Stoffwechselweges eigens "erfunden" und er ist sehr komplex, mit in Membranen lokalisierten Elektronentransportketten, so dass er unabhängig nicht noch einmal erfunden wurde. Mitochondrien wurden daher später von Eukaryonten (wie die Hefe oder wir sie haben) als dauerhafter "Untermieter" in die Zelle aufgenommen (Endosymbiontenhypothese).

Für eine Zelle macht es absolut Sinn, so ein Mitochondrium aufzunehmen und zu vervielfältigen, da sie statt 2 ATP, wie bei der Glykolyse, 28 ATP aus dem Rest (Pyruvat) herausholt! Das ist etwa so, als wenn man einen Kleinwagen auf einen Lamborghini tuned. Deswegen sind Mitochondrien sehr wertvolle Zellorganellen, die unser Leben in der Form, wie wir es leben, ermöglichen. Leberzellen enthalten mehrere 1000 Mitochondrien pro Zelle. Nur mit Gärung wären wir nicht lebensfähig, da unser Energiestoffwechsel förmlich zusammenbrechen würde. Mikroorganismen sind sehr klein und können je nachdem, wie die Lage ist, ganz gut haushalten und es ggf. umstellen, um zu überdauern.

Nur unter anaeroben Bedingungen macht die Hefe richtig Gärung. Ich hab dir eine kleine Skizze gemacht, die es zusammenfasst: https://investorshub.advfn.com/uimage/uploads/2018/1/13/sdpzgWP_20180113_002.jpg Gruß
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Hallo,

Danke für Deine Hilfe und Zeit!

Soweit habe ich das jetzt verstanden; ich würde mich sehr freuen, falls du daran anknüpfen könntest bzw. es mir (weiter) erklären könntest(für die 10. Klasse eines Gymnasiums, als Einstieg in die Gärung ein Referat)
Kein Sauerstoff; anoxische Bedinung
Man gibt zu der Hefe eine Glucoselösung( Fructose und Glucoselösung), die bewirkt, dass sich die Glucose in 2 Pyruvate- an dieser Stelle, warum und wie - diese werden dann zu Acetaldehyd ummodelliert. Dabei wird CO2 abgespalten, dann wird dieses CO2 (weiter)reduziert zu Ethanol, was unser Alkohol ist.
Dies spielt sich dann in den Mitochondrien ab (?)
.War es das im Ganzen?
Denn aus Deiner Zeichnung sehe ich noch Hydriodionen (NAD)

Nochmal vielen Vielen Dank!:)

Lg
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ja, mach mal, du musst dir halt überlegen, wie du den Stoffwechselweg darstellst, ob du die Zwischenprodukte mit Strukturformel zeigst, was aber eh keiner nachvollziehen kann, aber ihr seid immerhin Chemie-Kurs, da gehört sowas dazu, man muss ja nicht im Detail darauf herumreiten oder du stellst es mit Stoffnamen dar oder wie z.B. hier https://de.wikipedia.org/wiki/Glykolyse#Reaktionsschritte wobei Abkürzungen von Stoffnamen beim ersten Mal eher nicht ratsam sind, dann lieber ausgeschrieben.

In die Mitochondrien gelangt nur das Pyruvat, das Endprodukt der Glykolyse, wenn das nicht geht, zweigt der Weg zum Alkohol ab oder zur Milchsäure (Milchsäuregärung, vgl. Sauerkraut und Co. Vergärung von Kohlblättern https://de.wikipedia.org/wiki/Sauerkraut ), um NAD zurückzugewinnen, sonst würde das NAD in der Glykolyse verbraucht.

Die Elektronen, die auf den Alkohol übertragen werden, im letzten Schritt, ist nicht notwendig, wenn die Mitochondrien arbeiten können, dazu ist Sauerstoff notwendig, da Sauerstoff der endgültige Akzeptor dieser Elektronen ist und dabei Wasser (H2O) entsteht. Das ist nichts anderes als die Knallgasreaktion https://de.wikipedia.org/wiki/Knallgas#Knallgasreaktion eine Reaktion die stark exotherm ist http://www.chemie.de/lexikon/Exotherm.html bei der also Energie frei wird. Würde man die so in Zellen ablaufen lassen, würde es die Zelle zerreißen. Deswegen macht das Mitochondrium einen Trick, es lässt die Knallgasreaktion in Teilschritten zerlegt ablaufen, gewinnt dabei Energie und realisiert dies bei Zimmertemperatur und physiologischen Bedingungen, d.h. ohne dass die empfindliche Zelle dabei geschädigt würde. Je länger man da drauf guckt, ist das viel mehr, als auf den ersten Blick vermutet, das ist genial.

Nur wenn die Mito's nicht arbeiten können, weil gar kein Sauerstoff da ist, fehlt der Endakzeptor für die Elektronen vom NADH+H+ und es muss anderweitig zu NAD recycelt werden, damit wenigstens ein Grundumsatz über die Glykolyse weiterlaufen kann, einem sehr alten Stoffwechselweg, den Zellen auch ohne Mito's betreiben können (wir nicht mehr, unsere Abhängigkeit von den Mito's ist bereits zu groß, aber Bakterien und Hefen schon).

Wie du das darstellst, musst du mal schauen, googel mal unter Bilder, zu Glykolyse, alkoholische Gärung u.s.w. da findet man auch viele Abbildungen, von denen man was verwenden könnte. Gruß
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schau mal das Bild Nr.6 dieser Präsentation https://www.slideshare.net/jordanarroyo1/alcoholic-fermentation-process fasst den Ablauf der Gärung und die herausragenden Punkte auch schön zusammen, lass dich durch so was doch inspirieren, radiere ggf. die englischen Namen raus und ersetze sie durch deutsche Beschriftung prima für eine Folie, bei 5-7 Min. solltest du allerdings sorgfältig deine Folien auswählen, damit es nicht überfrachtet wird, gib den Leuten Zeit da drauf zu schauen und es zu begreifen, du kannst nicht 10 Folien in 5 Min. auf den Projektor hauen :D dann wissen die Leute hinterher weniger als vorher :D Good Luck! Gruß
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Danke Dir!
Die letzte Frage, denke ich:
Wie du geschrieben hast, machen die Zellen es ja nicht , um uns den Alkohol zu geben, sondern für sich.

D.h., einerseits die Substraktkettenphosphorlierung für Ihren Energiegewinnung und -erhalt.

Aber warum die Redoxäquivalten?
Möchten sie dieselbe Reaktion nochmal durchführen, um den ganzen Prozess, d.h. Gärung, nochmal durchzuführen, das sie mithilfe des Ausgleichs von NAD+ nochmal können?

Danke für deine Hilfe, Bemühungen und Zeit!
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ja, ganz genau, dieser Prozess läuft ständig ab, um Energie aus Glucose zu beziehen, durch Substratkettenphosphorylierung. Das ist vermutlich der älteste Stoffwechselweg der Erde, um an Energie durch den Abbau von Brennstoffmolekülen (Glucose) zu kommen. Man nimmt an, dass es zu der Zeit wo er entstand, noch keine Sauerstoffatmosphäre gab. Gruß
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@CliffBaxter

Hallo,

ich wollte mich nochmal für Deine Riesenhilfe, Erklärungen und Zeit bedanken.

Ich habe heute meine Note, nicht nur für mein Referat, erhalten; es ist eine 1 auf dem Zeugnis, was teils auch das Referat entschieden hat, wofür ich mich sehr sehr sehr bedanken möchte.

Danke!

Lg.
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@veeQuZ

super! Glückwunsch! hast du einen neuen account? wie auch immer, das hört sich prima an! Dann hat es sich ja gelohnt! Das ist eine sehr angenehme Rückmeldung, Gruß
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Hallo,

nein; das war mein alter Account, den ich aber nicht mehr benutze. Wollte dort mal wieder vorbeischauen und habe versehentlich von "dort" aus geantwortet.

Dennoch: Danke!

Eine Frage hätte ich dennoch noch:
Hast Du Biologie o.ä. studierst? Auch nachdem ich Deine anderen Antworten gesehen habe, schienen sie für mich sehr ausführlich und sachlich korrekt.

Lg :)
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12.01.2018, 22:10

Ist ganz gut, Meiner Meinung nach gibt es aber Interessantere Themen ^^

Danke; wurde nicht von mir ausgewählt!:)
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12.01.2018, 22:19

Ich würde bei so was immer der Logik "Vom Großem ins Kleine" folgen. Das macht es einfacher dem Vortrag zu folgen.

Insofern scheint mir deine Reihenfolge sinnig zu sein, weil dein Fokus von der Geschichte bis hin zu den chemischen Prozessen immer enger wird.

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Abgesehen davon würde ich dir empfehlen, dass Ganze an einem einzigem Beispiel aufzuhängen und die Leitfrage darauf zu fokussieren. Das macht den ganzen Vortrag stringenter und konkreter:

Wie kommt der Alkohol von der Traube in den Wein?

Es bietet sich an, diese Leitfrage plastisch zu veranschaulichen in dem du, wenn du sie stellst, Weintrauben und eine Flasche Wein "hervorzauberst".

Sowas hat immer einen tollen Aha-Effekt und lockert den Vortrag auf.

Klingt mir sehr plausibel; dnake dir!
Das wird dann wohl auf meine Titelfolie kommen, also der Wein und die Traube!
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