Buttersäuregärung, die Vergärung von Kohlenhydraten zu Buttersäure und anderen Stoffwechselprodukten durch eine obligat anaerobe Bakteriengattung (Clostridien), die keine Porphyrine, aber H₂O₂-bildende Flavinenzyme besitzen. Bei Anwesenheit von Sauerstoff werden so schnell große Mengen des toxischen H₂O₂ gebildet.

Nach ihrem Hauptprodukt ist eine Unterteilung der Clostridien möglich: C. butyricum scheidet z. B. Buttersäure, C. butylicum Butanol (Butanol-Isopropanol-Gärung), C. acetobutylicum Aceton und Butanol (Butanol-Aceton-Gärung) neben CO₂ und H₂ sowie anderen Gärungsprodukten aus. Die Bildung molekularen Wasserstoffs ist für Clostridien charakteristisch.

Der Abbau der Kohlenhydrate erfolgt über den Embden-Meyerhof-Parnas-Weg (Glycolyse). An der Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA ist eine Pyruvat-Ferredoxin-Oxidoreductase (TPP-Enzym) beteiligt (Abb.). Im Gegensatz zum Pyruvatdehydrogenasekomplex wird der Wasserstoff anschließend nicht auf NAD⁺, sondern auf Ferredoxin übertragen und von dort unter Mitwirkung der Hydrogenase als molekularer Wasserstoff freigesetzt. Dadurch entstehen beim Glucoseabbau nur 2 Mol NADH (Glycerinaldehyd-3-phosphatdehydrogenasereaktion), die bei der Bildung der Buttersäure verbraucht werden. Bei der Umwandlung von Butyryl-CoA in Butyrat entsteht ein zusätzliches Mol ATP. Daraus ergibt sich folgende Bilanz: Glucose + 3 ADP + 3 P_a → Butyrat + 2 H₂ + 3 ATP + 2 CO₂ (Buttersäuretyp). Bei niedrigen pH-Werten wird Acetoacetyl-CoA teilweise in Aceton umgewandelt. Dadurch steht weniger Acetoacetyl-CoA für die NAD⁺-Regeneration zur Verfügung. Butyryl-CoA wird deshalb nicht zu Buttersäure, sondern in das stärker reduzierte Butanol umgesetzt (Abb.) (Butanoltyp; Butanol-Aceton-Gärung).

Zusätzlich kann Butanol aus Butyrat, welches aus dem Kulturmedium wieder aufgenommen wird, gebildet werden. Durch eine Transferasereaktion entsteht Butyryl-CoA, welches unter NADH-Verbrauch in Butanol umgewandelt wird. C. butylicum ist in der Lage, Aceton unter NADH-Verbrauch in Isopropanol umzuwandeln. Während der Gärung verändern sich so die Verhältnisse der einzelnen Gärungsprodukte untereinander. Zu Beginn der Gärung wird vorrangig Butyrat ausgeschieden.

Die B. besitzt keine industrielle Bedeutung. Die mikrobielle Bildung von Buttersäure ist die Ursache von Verderbserscheinungen bei Lebens- und Futtermitteln (Backhefe, Silage), falls letztere nicht kühl gelagert bzw. gut konserviert werden (saurer pH).

Buttersäuregärung. Abb.: Bildung von Butyrat, Butanol, Aceton und Isopropanol durch Clostridien (Enzyme: (1) Enzyme des Embden-Meyerhof-Parnas-Weges, (2) Pyruvat-Ferredoxin-Oxidoreductase, (3) Hydrogenase, (4) Acetyl-CoA-Acyltransferase (β-Ketothiolase), (5) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase, (6) 3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase (Crotonase), (7) Butyryl-CoA-Dehydrogenase, (8) CoA-Transferase, (9) Acetyltransferase, (10) Acetatkinase, (11) Aldehyddehydrogenase, (12) Alkoholdehydrogenase, (13) Acetoacetatdecarboxylase, (14) Isopropanoldehydrogenase; HETPP, Hydroxyethyl-TPP).