2,3-Butandiolgärung

Die 2,3-Butandiolgärung ist ein Weg des Abbaus von Zuckern zur Energiegewinnung unter anoxischen Bedingungen, der bei einigen fakultativ anaeroben Bakterien vorkommt, insbesondere bei einigen Gattungen der Enterobakterien. Der Abbau der Zucker verläuft auf verschiedenen Wegen und es werden eine Reihe von Endprodukten gebildet, im Wesentlichen Kohlenstoffdioxid (CO₂), 2,3-Butandiol, Ethanol und Formiat (Anion der Ameisensäure). Formiat kann auch vollständig oder zum Teil in elementaren, molekularen Wasserstoff (H₂) und Kohlenstoffdioxid (CO₂) gespalten werden. Daneben werden oft in geringeren Mengen andere Endprodukte gebildet, z. B. Lactat und Acetat. Charakteristisch ist die Bildung von 2,3-Butandiol in größeren Mengen und, dass Säuren nur in geringen Mengen gebildet werden. Die Butandiolgärung ist eine der beiden Formen der Ameisensäuregärungen.

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Verlauf der Gärung

  Die Zucker werden über den Weg der Glykolyse zu Pyruvat abgebaut, wobei ADP zu ATP phosphoryliert wird, das als Energiequelle genutzt werden kann. Beim Abbau wird NAD⁺ zu NADH reduziert, das durch die im weiteren Verlauf der Gärung gebildete Zwischenprodukte (Acetoin, Acetylphosphat und Acetaldehyd) wieder zu NAD⁺ reoxidiert wird.

Das auf dem Weg der Glykolyse gebildete Pyruvat wird zu einem Drittel unter Einbeziehung von Coenzym A durch das Enzym Pyruvat:Formiat-Lyase in Acetyl-CoA und Formiat gespalten. Am Acetyl-CoA wird das Coenzym A gegen Phosphat ausgetauscht, so dass Acetylphosphat entsteht. Dieses wird mit NADH in zwei Stufen (über Acetaldehyd) zu Ethanol reduziert. Formiat kann ausgeschieden oder in CO₂ und H₂ gespalten werden.

Ein weiteres Drittel des Pyruvats wird unter CO₂-Abspaltung mit Thiaminpyrophosphat (TPP) zu „aktiviertem“ Acetaldehyd (Hydroxyethyl-TTP) umgesetzt und der Acetaldehyd wird mit dem letzten Drittel des Pyruvats zu 2-Acetyllactat verbunden. Aus dem Acetyllactat wird unter CO₂-Abspaltung Acetoin gebildet, das mit NADH zu 2,3-Butandiol reduziert wird.

Das Verhältnis des Massenflusses der einzelnen Wege und damit das Massenverhältnis der Endprodukte kann variieren.

Vorkommen

Von den jeweils weitaus meisten Arten der folgenden Enterobacteriaceae-Gattungen werden Zucker auf dem Weg der 2,3-Butandiolgärung abgebaut: Enterobacter, Erwinia, Ewingella, Klebsiella, Pantoea, Rahnella, Serratia.

Bedeutung für die Identifizierung von Bakterien

Der Abbau von Zuckern auf dem Weg der 2,3-Butandiolgärung ist ein taxonomisches Merkmal, das zur Identifizierung von Bakterien, besonders von Enterobakterien, verwendet wird. Ob dieser Abbauweg vorliegt, wird festgestellt, indem auf das Zwischenprodukt Acetoin geprüft wird, weil dies für die 2,3-Butandiolgärung charakteristisch ist. Als Nachweis für Acetoin dient die Voges-Proskauer-Reaktion.

Literatur

• Georg Fuchs (Hrsg.): Allgemeine Mikrobiologie (begr. von Hans G. Schlegel). 8. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 2007, ISBN 978-3-13-444608-1.