MINT lernen

Die Milchsäuregärung

Wie gewinnt ein Muskel noch Energie, wenn ihm der Sauerstoff ausgeht?

1

Ohne Sauerstoff: der NAD⁺-Engpass

Fehlt Sauerstoff, stockt nicht nur die Atmungskette — auch die Glykolyse käme zum Stillstand.

  • Atmungskette: Ohne O₂ als Endakzeptor steht sie still; NADH + H+ kann dort nicht mehr oxidiert werden.
  • Engpass: NADH staut sich an, NAD⁺ wird knapp. Die Zelle besitzt davon nur eine kleine Menge.
  • Folge: Ohne NAD⁺ stoppt die Glykolyse bei der Oxidation der C₃-Körper — und damit die einzige ATP-Quelle ohne O₂.
  • Ausweg: Pyruvat übernimmt die Elektronen: Pyruvat + NADH + H+ → Lactat + NAD+ (Enzym: Lactatdehydrogenase, LDH).
  • ATP: Es entstehen nur die 2 ATP der Glykolyse (Substratkettenphosphorylierung); der LDH-Schritt liefert kein ATP.
Merke

Milchsäuregärung: Glucose → 2 Lactat · Ausbeute: 2 ATP je Glucose

Bringe die fünf Karten in die richtige Reihenfolge — von der Glucose bis zum wieder verfügbaren NAD⁺. Karte ziehen oder anklicken, mit Leertaste aufnehmen, mit ↑↓ verschieben und mit Leertaste ablegen. „Prüfen“ zeigt im Schema, was schon stimmt — und schließt den Kreislauf, wenn alles passt.

Den NAD⁺-Kreislauf schließen

Halte fest: Die Lactatbildung liefert selbst kein ATP. Sie gibt das NAD⁺ zurück, das die Glykolyse braucht — nur so entstehen ohne Sauerstoff weiter 2 ATP je Glucose.

2

Vorkommen und Bedeutung

Die Gärung ist eine Notlösung mit geringer Ausbeute — aber sie funktioniert ohne Sauerstoff und schnell.

  • Milchsäurebakterien: Leben anaerob und säuern Joghurt, Sauerkraut und Silage; der niedrige pH-Wert hemmt andere Mikroorganismen.
  • Skelettmuskel: Bei Sauerstoffmangel (Sprint) bildet er Lactat. Es gelangt mit dem Blut zur Leber und wird dort wieder zu Glucose aufgebaut (Cori-Zyklus).
  • Erythrocyten: Rote Blutzellen haben keine Mitochondrien und gewinnen ATP ausschließlich über die Milchsäuregärung.
  • Angepasstheit: Die NAD⁺-Regeneration hält die Glykolyse in Gang — so bleibt ATP-Bildung auch ohne O₂ möglich.
Herleitung:
\(\dfrac{n_{\text{ATP, Atmung}}}{n_{\text{ATP, Gärung}}} = \dfrac{32}{2}\)
| Ausbeuten je Glucose

Zellatmung ≈ 32 ATP, Milchsäuregärung 2 ATP.

\(\dfrac{32}{2} = 16\)
Ergebnis

Für dieselbe ATP-Menge muss die Gärung 16-mal so viel Glucose abbauen.

Merke

Funktion der Gärung: Regeneration von NAD⁺ — das ATP stammt allein aus der Glykolyse.

3

Allgemeine Hinweise

Lactat macht keinen Muskelkater

Lactat wird innerhalb von etwa einer Stunde abgebaut. Muskelkater entsteht durch winzige Verletzungen der Muskelfasern.

LDH liefert kein ATP

Die Reduktion von Pyruvat zu Lactat regeneriert nur NAD⁺. Zählen Sie ATP allein in der Glykolyse.

Die Energie steckt im Lactat

Nur ein kleiner Teil der Glucose-Energie wird genutzt. Der Großteil bleibt im Lactat gebunden und wird z. B. in der Leber weiterverwertet.

Videos