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Hefe – Stoffwechsel und ökologische Bedeutung

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Lerntext zum Thema Hefe – Stoffwechsel und ökologische Bedeutung

Hefen – Stoffwechsel und ökologische Bedeutung

Schon die alten Ägypter nutzten zum Backen von Brot die Eigenschaften der Hefen – wenn auch unbewusst. Wissenschaftlich untersucht und beschrieben wurde sie erst später.

Heute begegnest du Hefen in vielen unterschiedlichen Bereichen des Alltags. Als Backhefe, Bierhefe oder Futterhefe besitzt sie eine große wirtschaftliche Bedeutung für viele unterschiedliche Prozesse in der Lebens- und Futtermittelindustrie. Aber auch in der Biotechnologie zur Herstellung von Biotreibstoffen und in der Medizin, beispielsweise zur Herstellung von Insulin, hat sie eine besondere Bedeutung.

Hefen werden den Pilzen zugeordnet und gehören damit zu den sogenannten eukaryotischen Zellen. Hefen können Zucker vergären. Diesen Stoffwechselweg, also die Vergärung von Zuckern zur Energiegewinnung, nennt man auch alkoholische Gärung. Dabei bedeutet Gärung, dass die Verstoffwechselung des Zuckers unter Sauerstoffausschluss, und somit anaerob, stattfindet. Sie können aber auch aerob, also mit Sauerstoff, Zucker verstoffwechseln. Ihr Stoffwechsel wird daher als fakultativ anaerob bezeichnet.

Warum die Hefe zu den Eukaryoten gezählt wird und was genau unter einem fakultativ anaeroben Stoffwechsel zu verstehen ist, aber auch welche geschichtliche und wirtschaftliche Bedeutung sie hat, erklären wir dir im folgenden Text.

Hefen – ökologische Bedeutung

Erstmals wissenschaftlich untersucht wurde die Hefe Mitte des 19. Jahrhunderts durch Louis Pasteur (1822–1895). Er wies im Rahmen von Untersuchungen zum Gärprozess bei der Bierherstellung die Wirkweise der Hefen nach. Dadurch beschrieb er erstmals Hefen als einen lebenden Organismus.

Portrait_von_Louis_Pasteur

Neben der industriellen Nutzung der Back- und Bierhefe findest du Hefen beispielsweise auf den Schalen von Früchten. Aber auch im menschlichen Darm kommen sie vor, wo sie sich zunächst als harmlose Darmbewohner ansiedeln und erst bei einer übermäßigen Vermehrung gesundheitliche Probleme mit sich bringen. Neben ihrer Präsenz im Darm gibt es auch bestimmte Hefearten, die die Haut besiedeln können. Bei übermäßigem Wachstum können diese Hefen verschiedene Pilzinfektionen verursachen.

Hefen gehören zu den einzelligen Pilzen. Sie zählen damit anders als Bakterien, die zu den Prokaryoten gehören, zu den Eukaryoten.

Unter Eukaryoten versteht man alle Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen, also alle Pilze, Pflanzen, Tiere und natürlich auch der Mensch.

Hefen sind mikroskopisch kleine, eiförmige Zellen, die sich asexuell durch die sogenannte Sprossung vermehren. Pro Gramm Hefe sind nahezu 20 000 000 000 Hefezellen enthalten. Kannst du dir das vorstellen?

Es sind sehr viele unterschiedliche Hefearten bekannt. Für die Bierherstellung werden vorwiegend Stämme von Saccharomyces cerevisiae verwendet. Aber auch Candida-Hefen kommen zum Einsatz. Inaktivierte medizinische Hefen werden in der Apotheke verkauft. Sie enthalten keine lebenden Zellen, sondern werden aufgrund ihrer wertvollen Inhaltsstoffe, wie Vitamin B und Mineralstoffe, bei Hautkrankheiten z. B. Akne oder verschiedenen Arten von Ekzemen angewendet.

Diese frische Backhefe kennst du vielleicht aus der Küche: frische_Hefe_auf_weißem_Hintergrund

Zur Energiegewinnung verstoffwechseln Hefen vorwiegend Kohlenhydrate, wie z. B. Glucose. Gewinnen sie die Energie aus der Verstoffwechselung von Zucker unter Luftausschluss, also anaerob, nennt man diesen Prozess auch Gärung.

Hefen sind in der Lage, Zucker sowohl unter Ausschluss als auch in Gegenwart von Sauerstoff zu verstoffwechseln. Je nachdem ob Sauerstoff vorhanden ist oder fehlt, werden unterschiedliche Stoffwechselwege genutzt. Diese unterschiedliche Möglichkeit der Energiegewinnung nennt man fakultativ anaerob.

Hefen – Stoffwechsel

Die alkoholische Gärung ist ein wichtiger Stoffwechselweg, der hauptsächlich von Hefen zur Gewinnung von Energie genutzt wird.

Bei der alkoholischen Gärung verstoffwechseln Enzyme der Hefepilze Glucose oder Traubenzucker zu Alkohol und Kohlenstoffdioxid.

Bei der anaeroben Verstoffwechselung von Glucose entsteht Ethanol und Kohlenstoffdioxid. Die Summenformel lautet:

$\ce{C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2}$

Bei der aeroben Verstoffwechselung der Glucose entsteht Kohlenstoffdioxid und Wasser. Die Glucose wird dabei vollständig abgebaut. Der aerobe Stoffwechselweg ist daher energetisch günstiger.

Hefen – Zusammenfassung

Hefen sind mikroskopisch kleine, einzellige Zellen. Sie besitzen einen fakultativ anaeroben Stoffwechselweg. Das heißt, sie können auch unter Luftausschluss wachsen. Dabei machen sie sich ihre Fähigkeit zunutze, Glucose zu Ethanol und Kohlenstoffdioxid zu verstoffwechseln. Diesen Prozess nennt man auch alkoholische Gärung. Daher besitzen sie für die Lebensmittel- und Futterherstellung eine große wirtschaftliche Bedeutung in der Herstellung von Wein, Bier und Brot. Da sie zu den eukaryotischen Zellen gehören, haben sie aber auch für Medizin und Forschung eine wichtige Bedeutung.

Übungsaufgaben zu Hefen – Stoffwechsel und ökologische Bedeutung

Wozu gehören Hefen?
Wo kommen Hefen im Alltag zum Einsatz?
Wer entdeckte erstmals die genaue Wirkweise der Hefen im Rahmen der Bierherstellung?

Hefe – Stoffwechsel und ökologische Bedeutung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Lerntext Hefe – Stoffwechsel und ökologische Bedeutung kannst du es wiederholen und üben.
  • Was sind Hefen?

    Tipps

    Eine Antwort ist richtig.

    Lösung

    Hefen sind einzellige Eukaryoten und gehören zu den Pilzen. Sie sind deutlich größer als Bakterien und zählen weder zu den Pflanzen, noch zu den Tieren.

  • Wo werden Hefen im Alltag eingesetzt?

    Tipps

    Hefen begegnest du im Alltag beispielsweise als Bäckerhefe.

    Lösung

    Hefen kommen in den verschiedensten Bereichen des Alltags zum Einsatz. Beispielsweise in der Herstellung ...

    • ... von Brot in der Lebensmittelindustrie.
    • ... von Futterhefe in der Futtermittelindustrie.
    • ... von Bio-Treibstoffen in der Biotechnologie.
    • ... von Insulin in der Medizin.
  • Wo kommen Hefen vor?

    Tipps

    Eine Antwort ist falsch.

    Lösung

    Neben der industriellen Nutzung der Back- und Bierhefe findest du Hefen natürlicherweise auf Oberflächen von Früchten.

    Aber auch im Darm kommen sie vor, wo sie sich zunächst als harmlose Bewohner ansiedeln und erst bei einer übermäßigen Vermehrung gesundheitliche Probleme mit sich bringen.

    Außerdem sind Hefen auch auf der Oberfläche der Haut zu finden und verursachen hier bei übermäßigem Wachstum verschiedene Pilzinfektionen.

  • Was bedeutet der Begriff alkoholische Gärung?

    Tipps

    Zwei Antwortmöglichkeiten sind falsch.

    Lösung

    Unter der alkoholischen Gärung versteht man die Verstoffwechselung von Zuckern durch Hefen unter Sauerstoffausschluss.

    Der Prozess ist demnach also anaerob und wird auch als Fermentation bezeichnet.

  • Wer entdeckte die Wirkweise der Hefe?

    Tipps

    Nur eine Antwort ist richtig.

    Lösung

    Im Rahmen von Untersuchungen zur Bierherstellung entdeckte Louis Pasteur (1822–1895) den Prozess der Vergärung von Zuckern durch Hefen.

  • Welche Produkte entstehen bei der Verstoffwechselung von Glukose durch Hefen.

    Tipps

    Der anaerobe Prozess wird auch als alkoholische Gärung bezeichnet.

    Lösung

    Bei der anaeroben Verstoffwechselung von Glukose entsteht Ethanol und Kohlenstoffdioxid. Ethanol ist eine farblose Flüssigkeit, die wir in vielen Dingen wie Desinfektionsmitteln, Autokraftstoff und alkoholischen Getränken finden.

    Bei der aeroben Verstoffwechselung der Glukose entsteht Wasser und Kohlenstoffdioxid.

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Die Autor*innen
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sofatutor Team
Hefe – Stoffwechsel und ökologische Bedeutung
lernst du in der Sekundarstufe 5. Klasse - 6. Klasse - 7. Klasse