Gärung: alkoholisch und Milchsäure

Zellen gewinnen Energie normalerweise durch die Zellatmung, bei der Traubenzucker mithilfe von Sauerstoff vollständig zu Wasser und Kohlenstoffdioxid abgebaut wird und dabei viel Energie liefert. Fehlt Sauerstoff, können manche Zellen trotzdem weiter Energie aus Traubenzucker gewinnen, allerdings deutlich weniger effizient. Diesen Vorgang nennt man Gärung.

Man unterscheidet vor allem zwei Arten der Gärung: die alkoholische Gärung, bei der Ethanol und Kohlenstoffdioxid entstehen, und die Milchsäuregärung, bei der Milchsäure entsteht. Beide laufen ohne Sauerstoff ab und liefern der Zelle deutlich weniger Energie als die vollständige Zellatmung.

Ein häufiger Fehler ist zu glauben, Gärung sei einfach eine Art unvollständige Zellatmung mit denselben Endprodukten. Tatsächlich entstehen bei der Gärung ganz andere Endprodukte als bei der Zellatmung, nämlich Ethanol beziehungsweise Milchsäure statt Wasser und vollständig oxidiertem Kohlenstoffdioxid.

Hefepilze sind Einzeller, die sowohl mit als auch ohne Sauerstoff Energie gewinnen können. Ist ausreichend Sauerstoff vorhanden, betreiben sie normale Zellatmung. Fehlt Sauerstoff, etwa in einem geschlossenen Gärbehälter, schalten sie auf alkoholische Gärung um.

Bei der alkoholischen Gärung spaltet die Hefezelle Traubenzucker in mehreren Schritten auf, wobei am Ende Ethanol, also Alkohol, und Kohlenstoffdioxid entstehen. Diese Reaktion liefert der Zelle deutlich weniger Energie als die vollständige Zellatmung mit Sauerstoff, reicht der Hefe aber zum Überleben.

Menschen nutzen die alkoholische Gärung seit Jahrtausenden gezielt: Beim Bierbrauen und bei der Weinherstellung entsteht der Alkohol im Getränk genau durch diesen Prozess, während beim Backen vor allem das entstehende Kohlenstoffdioxid genutzt wird, um den Teig aufgehen zu lassen.

Bei der Milchsäuregärung wird Traubenzucker ebenfalls ohne Sauerstoff abgebaut, allerdings entsteht dabei Milchsäure statt Ethanol und Kohlenstoffdioxid. Diese Gärungsart betreiben zum einen Milchsäurebakterien, zum anderen auch die Muskelzellen des Menschen selbst.

Milchsäurebakterien werden gezielt bei der Herstellung von Joghurt, Sauerkraut oder eingelegtem Gemüse genutzt: Sie bauen den Zucker in der Milch oder im Gemüse zu Milchsäure ab, die das Lebensmittel sauer schmecken lässt und gleichzeitig haltbarer macht, weil viele unerwünschte Keime in saurem Milieu schlechter wachsen.

Auch die eigenen Muskelzellen greifen bei sehr starker Anstrengung auf die Milchsäuregärung zurück, wenn die Sauerstoffversorgung über das Blut nicht ausreicht, um den hohen Energiebedarf allein durch Zellatmung zu decken. Die dabei entstehende Milchsäure trägt zu dem bekannten Muskelbrennen bei intensiver Belastung bei.

Gärung begegnet dir im Alltag ständiger, als es zunächst scheint: Brot, Bier, Wein, Joghurt, Käse und Sauerkraut verdanken ihre Herstellung ganz unterschiedlichen Gärungsprozessen. Ohne die alkoholische Gärung und die Milchsäuregärung würde es diese Lebensmittel in ihrer bekannten Form nicht geben.

Beim Sport spürst du die Milchsäuregärung direkt am eigenen Körper: Bei sehr intensiver, kurzer Belastung wie einem Sprint reicht die Sauerstoffversorgung der Muskeln nicht aus, sodass sie zusätzlich Energie durch Milchsäuregärung gewinnen. Das dabei entstehende Muskelbrennen und die spätere Erholungsphase gehören zu den spürbaren Folgen dieses Vorgangs.