Title: 1 Katalysezyklus
Course: mebis_chemie-lernprogramme.de_enzyme_kursvorlage

1.1 Ohne Katalysator

Stoffebene

Eine Harnstoff-Lösung zeigt fast keine elektrische Leitfähigkeit.

Teilchenebene

Die Harnstoff-Moleküle sind metastabil, sie könnten in die thermodynamisch stabileren Produkte Kohlenstoffdioxid und Ammoniak zerfallen. Dieser Zerfall ist aber aufgrund mesomerer Effekte der Carbonylgruppe sowie der Aminogruppen kinetisch gehemmt.

1.2 Mit Katalysator

Beispiel: Zersetzung von Harnstoff (Urease katalysiert)

Stoffebene

Nach Zugabe von Urease steigt die Leitfähigkeit sprunghaft an.

Zusatzlich ist eine Gasentwicklung zu beobachten.

Teilchenebene

I Beginn eines Katalysezyklus

Das Harnstoff-Molekül lagert sich am aktiven Zentrum des Enzyms Urease an.

Es entsteht der Enzm-Substrat-Komplex.

Da viele Katalysezyklen gleichzeitig oder zeitlich leicht versetzt ablaufen, ist die Leitfähigkeitserhöhung sowie die Gasentwicklung sofort sichtbar.

II Eigentlicher Reaktionsschritt

Durch eine Konformationsänderung des Enzyms wird die Bindungsspaltung sowie Bindungsbildung erleichtert.

III Ende eines Katalysezyklus

Es entsteht ein Kohlenstoffdioxidmolekül und zwei Ammoniak-Moleküle. Diese entweichen entweder als Gas aus der Lösung oder sie reagieren in Säure-Base-Folgereaktionen weiter. Dabei entstehen verschiedenen Ionen, insbesondere Hydroxidionen, Ammoniumionen sowie Hydrogencarbonationen, welche alle die Leitfähigkeit erhöhen.

⇒ Ein (homogener) Katalysator nimmt an der Reaktion teil und liegt nach Abschluss der Reaktion unverbraucht vor.

⇒ Ein (homogener) Katalysator erniedrigt die Aktivierungsenergie Eₐ durch Bildung eines metastabilen Zwischenprodukts.

⇒ Enzyme sind Biokatalysatoren, die typischerweise aus Proteinen (und ggf. noch einem Nichtproteinanteil) bestehen.

Vergleiche mit Hilfe des Lernprogramms „Katalyser-online“

chemie-lernprogramme.de/daten/programme/js/katalyser-online

die homogene Katalyse mit der für anorganische Reaktionen typischen heterogenen Katalyse.

Tipp: Die beiden Hauptunterschiede sind im Katalysezyklus-Schema und im Energiediagramm direkt ersichtlich!