Biochemie und Biotechnologie in der Schule: Hubertus ... - ChidS
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4 Enzyme <strong>in</strong> <strong>der</strong> <strong>Schule</strong><br />
________________________________________________________________<br />
Die Urease benötigt die Substrate Harnstoff <strong>und</strong> Wasser, um aus ihnen die<br />
Produkte Ammoniak <strong>und</strong> Kohlenstoffdioxid zu synthetisieren. Der Anstieg des<br />
pH-Werts ist durch die Produktion von Ammoniak zu erklären. Bei dem<br />
Reaktionsverlauf ist zu beachten, dass die Urease nicht den Harnstoff direkt zu<br />
Ammoniak <strong>und</strong> Kohlenstoffdioxid abbaut, son<strong>der</strong>n über das Zwischenprodukt<br />
Carbamidsäure geht. Dieses zerfällt dann spontan zu Ammoniak <strong>und</strong><br />
Kohlenstoffdioxid:<br />
N<br />
H 2<br />
Harnstoff<br />
O<br />
NH 2<br />
+<br />
O<br />
H 2<br />
Urease<br />
N<br />
H 2<br />
O<br />
OH<br />
Carbamidsäure<br />
spontaner Zerfall<br />
CO 2 + NH 3<br />
Der Reaktionsmechanismus <strong>der</strong> katalysierten Reaktion ist bereits aufgeklärt, so<br />
dass er hier dargestellt werden kann (Abbildung 37). Im aktiven Zentrum des<br />
Enzyms liegen zwei Ni 2+ -Ionen nebene<strong>in</strong>an<strong>der</strong>, die als Lewis-Säuren die<br />
Substrate <strong>in</strong> e<strong>in</strong>e perfekte sterische Lage zue<strong>in</strong>an<strong>der</strong> br<strong>in</strong>gen <strong>und</strong> die B<strong>in</strong>dungen<br />
des Wassers <strong>und</strong> des Harnstoffs polarisieren. Neben den Metallkationen spielen<br />
noch saure <strong>und</strong> basische Gruppen im reaktiven Zentrum des Enzyms e<strong>in</strong>e<br />
wichtige Rolle. Über das Wassersfoffatom <strong>der</strong> reaktiven Gruppe (<strong>der</strong><br />
Carbonsäure) wird <strong>der</strong> Harnstoff über das Carbonylsauerstoffatom im reaktiven<br />
Zentrum des Enzyms geb<strong>und</strong>en. Es kommt zu <strong>der</strong> Ausbildung e<strong>in</strong>es<br />
Carbokations am Harnstoff. Zur gleichen Zeit wird durch e<strong>in</strong>e basische reaktive<br />
Gruppe das Wasser deprotoniert, so dass e<strong>in</strong> Hydroxidion entsteht. Dieses Ion<br />
greift nucleophil am positiv formal geladenen Kohlenstoffatom des Harnstoffs<br />
126<br />
+ NH 3
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