Hefen sind einzellige, fakultativ anaerobe Pilze und haben eine große wirtschaftliche Bedeutung in der Lebensmittel- und Medizinindustrie. Sie sind wichtig für die Herstellung von Wein, Bier und Brot, können aber auch medizinisch genutzt werden. Erfahre mehr über ihre ökologische und historische Bedeutung! Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text!
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.
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:
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
Hefen kommen in der Lebens- und Futtermittelindustrie unter anderem zur Herstellung von Bier, Wein und Brot, in der Biotechnologie zur Herstellung von Biotreibstoff und in der Medizin, beispielsweise zur Herstellung von Insulin, zum Einsatz.
Es war Louis Pasteur, der Mitte des 19. Jahrhunderts die Wirkweise der Hefen erstmals wissenschaftlich untersuchte und sie als lebende Organismen beschrieb.
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Hefe – Stoffwechsel und ökologische Bedeutung Übung
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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.
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.
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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