Experiment des Monats
Juli 2001

Katalase

Bei Oxidationsreaktionen im menschlichen Organismus, an denen Sauerstoff beteiligt ist, kann in kleinen Mengen auch Wasserstoffperoxid entstehen. Dieses sehr agressive Oxidationsmittel kann die Zellen schädigen, daher wird es von entsprechenden Enzymen sofort zersetzt. Das wichtigste Enzym für die H2O2-Spaltung ist die Katalase.

Experiment des Monats

Geräte und Chemikalien:
Reagenzgläser
3%ige Wasserstoffperoxid-Lösung, 5%ige Eisen(III)chlorid-Lösung, Rinder- oder Schweineblut.

Durchführung:
Drei Reagenzgläser jeweils zu etwa ¼ mit 3%iger Wasserstoffperoxidlösung füllen. So lange kein Katalysator zugegeben wird, ist keine Gasentwicklung sichtbar. Das erste Glas bleibt zum Vergleich unverändert. In das zweite Reagenzglas werden einige Tropfen einer Eisen(III)chlorid-Lösung gegeben. Es bilden sich Gasblasen, Sauerstoff entsteht. In das dritte Glas einige Tropfen Rinder- oder Schweineblut geben. Sofort tritt eine starke Gasentwicklung unter Aufschäumen der Lösung auf. Das Blut entfärbt sich. Bereits nach wenigen Minuten ist die Reaktion abgeschlossen.

Erklärung:
Wasserstoffperoxid ist eine metastabile Verbindung. Es kann gemäß folgender Gleichung in einer Disproportionierung zerfallen:

2 H2O2  ->  2 H2O + O2 ­

Diese Reaktion ist jedoch in einer wässrigen Lösung sehr langsam. Durch geeignete Katalysatoren kann die Reaktion erheblich beschleunigt werden. Viele Schwermetalle katalysieren die Reaktion. Braunstein (MnO2) kann beispielsweise als heterogener Katalysator dienen, Fe3+-Ionen wirken als homogener Katalysator. Werden diese Katalysatoren zugegeben, erfolgt eine sichtbare Sauerstoffentwicklung.

Wird ein für diese Reaktion spezifisches Enzym zugegeben, beispielsweise Katalase, läuft der H2O2-Zerfall sehr viel schneller ab. Die Katalase, ein eisenhaltiges Enzym, kommt in allen Geweben vor. Das Enzym enthält eine Häm-Gruppe im aktiven Zentrum. An das Eisenzentrum dieses Komplexes wird das H2O2-Molekül gebunden und dann gespalten. 1 ml Blut enthält nur 60 µg dieses Enzyms. Dennoch läuft nach Zugabe eines Bluttropfens die Reaktion erheblich schneller als bei Zugabe der 5%igen Eisen(III)chlorid-Lösung (deren Katalysator-Konzentration um das 1000-fache höher liegt). Dies zeigt, daß die Katalase eine außerordentlich hohe Aktivität besitzt. Neben der Katalase sind im Blut noch einige andere H2O2-zersetzende Enzyme vorhanden, deren Konzentration ist aber deutlich geringer. In der stark oxidierenden H2O2-Lösung werden die Blutzellen stark geschädigt, der rote Blutfrbstoff, das Hämoglobin, wird zerstört und entfärbt.

Gefahren:
Wasserstoffproxid und Eisen(III)chlorid sind ätzend.

Entsorgung:
Die Lösungen kommen zum Abwasser.

Literatur & Links:
R. Renneberg: "Elixiere des Lebens"; Köln: Aulis-Deubner, 1984
F. R. Kreißl, O. Krätz: "Feuer und Flamme, Schall und Rauch" - V. 22.5, S. 240-242
H. W. Roesky, K. Möckel: "Chemische Kabinettstücke" - V. 34, S. 83-86
Naturwissenschaften im Unterricht - Chemie, Nr. 39: Katalyse, Mai 1997


Juni 2001: Zeolithe mit Farben

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Seite erstellt am: Samstag, 30. Juni 2001, A. Schunk, CCC Univ. Erlangen.

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