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.

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.

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 – Stoffwechsel

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

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