Hefe – Stoffwechsel und ökologische Bedeutung

Hallo! Willkommen zum Video über die Hefe. In diesem Video lernst Du die Einordnung der Hefe im System der Lebewesen, ihr Vorkommen, ihre Einsatzgebiete und die Besonderheiten der Hefe. Wir gehen dabei auf die Vermehrung und die Stoffwechselleistungen ein. Danach besprechen wir die Genregulation bei Hefen. Einordnung: Das System der Lebewesen ist in Prokaryoten und Eukaryoten eingeteilt. Zu den Prokaryoten gehören die Bakterien. Sie zeichnen sich durch ihre kleine Größe aus und sie haben keinen Zellkern. Die DNA liegt im Zytoplasma vor. Außerdem haben sie keine Organellen. Eukaryoten können ein- oder vielzellig sein. Sie weisen typische eukaryotische Merkmale auf: Zum Beispiel den Zellkern, Organellen und eine komplexere Zellstruktur. Zu den Eukaryoten zählen Pflanzen, Tiere und Pilze. Hefen sind einzellige Pilze. Vorkommen: Wildhefen kommen in der freien Natur vor. Sie können zum Bespiel an Früchten vorgefunden werden. Kulturhefen werden wirtschaftlich eingesetzt. Man kann sie zum Bespiel auch im Supermarkt kaufen und sie zum Backen benutzen. Hefepilze kommen auch in Organismen vor, zum Beispiel in der Darmflora des Menschen. Es gibt auch pathogene Hefestämme, die zu Infektionen führen können, zum Beispiel zu Hautinfektionen. Es gibt vielfältige Einsatzgebiete der Hefe. Die Bäckerhefe wird zum Beispiel zum Backen benutzt. Hefen werden auch bei der Herstellung von alkoholhaltigen Getränken benutzt, zum Beispiel Bier und Wein. Sie können außerdem als Nahrungszusatz dienen, zum Beispiel als Vitaminquelle, Eiweißquelle oder sie können als Geschmacksverstärker wirken. Hefen werden auch in der Biotechnologie eingesetzt, zum Beispiel für die Herstellung von Ethanol als Kraftstoff oder als Lösungsmittel. Hefen werden auch in der Gentechnik benutzt. Die Hefen werden genetisch manipuliert, indem man ihnen ein humanes Gen einpflanzt. Dadurch können die Hefen, die Eukaryoten sind, humane Proteine produzieren, zum Beispiel Insulin. Eine der Besonderheiten der Hefen ist die Vermehrung durch Sprossung. Hierbei kommt es bei der Mutterzelle zu einer Ausstülpung der Zellwand. Dadurch bildet sich eine sogenannte Knospe. Es folgte eine Kernteilung, also Mitose, und einer der Tochterkerne wandert in die Knospe ein. Diese Knospe löst sich ab und wächst zu einer neuen Hefezelle heran. An der Stelle, an der sich die Knospe abgelöst hat, entsteht eine sogenannte Bildungsnarbe. Unter dem Mikroskop schauen Hefezellen so aus. Hier siehst Du die Bildungsnarben. Bei dieser Art von Vermehrung handelt es sich um asexuelle Vermehrung, also nichtgeschlechtliche Vermehrung. Die Energie für die Vermehrung und das Wachstum gewinnen Hefen aus dem Abbau von Stoffen, die sie aus der Umgebung aufnehmen. Wir gehen jetzt näher auf den Stoffwechsel der Hefe ein. Hefen sind fakultative Anaerobier. Das heißt, sie können sowohl bei aeroben als auch bei anaeroben Bedingungen existieren. Ist Sauerstoff, also O2, in der Umgebung vorhanden, so spricht man von aeroben Bedingungen. Ist kein Sauerstoff vorhanden, so spricht man von anaeroben Bedingungen. Je nachdem, welche Bedingungen vorliegen, können Hefen zwei verschiedene Stoffwechselwege betreiben. Steht Sauerstoff zur Verfügung, so wird aerobe Atmung betrieben. Hierbei wird Zucker – wir nehmen hier als Beispiel die Glukose – vollständig abgebaut. Der Zucker Glukose, also C6H12O6, wird abgebaut zu Kohlenstoffdioxid, also CO2, und Wasser, also H2O. Wenn kein Sauerstoff vorliegt, also bei anaeroben Bedingungen, betreibt die Hefe Gärung. Hierbei kommt es zu einem unvollständigen Abbau des Zuckers. Aus Zucker entsteht Ethanol, also Alkohol, und CO2, also Kohlenstoffdioxid. Das Ethanol kann nicht weiterverarbeitet werden und wird von der Hefe ausgeschieden. Deshalb wird Hefe zu der Herstellung von alkoholhaltigen Getränken benutzt. Da bei der Gärung der Zucker nicht vollständig abgebaut wird, liefert die aerobe Atmung mehr Energie. Sie ist somit energetisch günstiger. Hefen werden auch in der Forschung eingesetzt, zum Beispiel bei der Erforschung der Genregulation. Wir besprechen jetzt als Beispiel der Genregulation die Geninduktion bei Hefen. Kupfer ist ein Schwermetall, das als Spurenelement in niedrigen Konzentrationen in allen Zellen benötigt wird. Kupfer wird abgekürzt mit „Cu“. Die Kupferionen sind zweimal positiv geladen. Zu hohe Konzentration an Kupferionen können die Zellen schädigen. Hefezellen haben also einen Schutzmechanismus gegen erhöhte Kupferkonzentrationen entwickelt, indem sie kupferbindende Schutzproteine synthetisieren. Dringen Kupfer2+-Ionen in die Hefezellen ein, binden diese an einen Transkriptionsfaktor. Dieser wird als „MTF“ abgekürzt: Metalltranskriptionsfaktor. Dieser Komplex bindet an eine Steuersequenz des Gens. „MRE“ steht für metallresponsives Element der DNA. Das Gen wird mit den Buchstaben „MT“ abgekürzt. Es handelt sich dabei um das Leseraster des Schutzproteins. Das heißt also: Sobald Kupfer2+-Ionen vorhanden sind, wird die Transkription der Gene für die Schutzproteine aktiviert. Zusammenfassung: Hefen sind einzellige Pilze und gehören zu den Eukaryoten. Es gibt vielfältige Einsatzgebiete der Hefen, zum Beispiel als Bäckerhefe, zur Herstellung von alkoholischen Getränken, wie zum Beispiel Bier und Wein, und in der Biotechnologie. Zu den Besonderheiten der Hefen gehört die Vermehrung durch Sprossung – es handelt sich hierbei um eine asexuelle Vermehrung – und die Stoffwechselleistungen der Hefe. Zum Thema Stoffwechsel hast Du gelernt, dass Hefen fakultative Anaerobier sind. Bei Vorhandensein von Sauerstoff betreiben sie aerobe Atmung. Hierbei wird Zucker vollständig abgebaut zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Wenn kein Sauerstoff vorliegt, betreiben Hefen Gärung. Hierbei wird Zucker unvollständig abgebaut zu Ethanol, also Alkohol, und Kohlenstoffdioxid. Danach haben wir über die Genregulation bei Hefen gesprochen. Danke für Deine Aufmerksamkeit. Tschüss, bis zum nächsten Video!