Enzymatische Versuche mit Urease

Enzymatische Versuche mit Urease
Einleitend wird die Reaktionsgeschwindigkeit eines Enzyms in Abhängigkeit von der
Substratkonzentration ermittelt:
Laut der „RGT-Regel“ läuft die Reaktion exponentiell schneller ab, je mehr Substrat
vorhanden ist. Bei sehr hohen Substratkonzentrationen beginnt die Reaktionsgeschwindigkeit
jedoch, von anderen Faktoren abzuhängen.
Bei dem so genannten km-Wert handelt es sich um die Substrat-Affinität: Sie gibt an wie gut
das Enzym ein Substrat bindet. Dieser wird erreicht bei der halben Maximalgeschwindigkeit.
Wir haben bei den Versuchen drei Möglichkeiten kennen gelernt, die
Reaktionsgeschwindigkeit (messbar am km-Wert) zu beeinflussen: Über die Temperatur, über
eine Zerstörung der Enzyme und über eine Hemmung der Enzyme.
Hier eine grob schematische Darstellung: Ein Enzym erkennt ein Substrat und stürzt sich
drauf.
Substrat
Enzym
Betrachten wir zunächst die unbeeinflusste Reaktion: Es bildet sich ein Gleichgewicht aus
Enzym E, Substrat S und Produkt P (sowie den Verbindungen zwischen Substrat und Enzym
ES resp. Enzym und Produkt EP):
ES
ES
EP
EP
Es kann jedoch auch einen kompetitiven Inhibitor I geben, welcher Enzyme blockiert
(hemmt), indem er die Andockstellen des Substrates einnimmt:
ES
ES
EP
EP

EI
In diesem Fall läuft die gesamte Reaktion langsamer ab, d.h. eine höhere
Substratkonzentration ist nötig, um eine gleiche Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen.
Weiterhin gibt es noch unkompetitiven Inhibitoren, welche zwar nicht die Andockstelle des
Substrats blockieren, aber dennoch das Enzym von der Arbeit abhalten:
ES
ES
EP
EP

EI

EIS
Diese unkompetitive Hemmung verringert die Reaktionsgeschwindigkeit noch stärker als die
kompetitive Hemmung:
Bei der kompetetiven Hemmung wird bei hoher Substratkonzentration die gleiche
Geschwindigkeit erreicht, wie ohne Hemmung. Bei unkompetiver Hemmung wird nicht die
gleiche Geschwindigkeit erreicht bei einer ungehemmten Reaktion, unabhängig von der
Konzentration.
Die Temperatur wirkt sich gleich in doppelter Hinsicht auf die Enzyme aus: Einerseits läuft
die Reaktion bei höherer Temperatur schneller ab (Mitte), andererseits werden ab einer
bestimmten Temperatur die Enzyme denaturiert, also zerstört (links). Das Resultat ist eine
Geschwindigkeitskurve, die bis zu einem Maximalwert bei knapp 40° ansteigt und danach
rapide abfällt.
Das Resultat sieht dann so aus:
Enzymbestand
Einzelreaktionsgeschwindigkeit Reaktionsgeschwindigkeit
Z.B. Schwermetalle (Versuch 3) können das Enzym denaturieren, oder H2O2 (Versuch 4).
Azeton denaturiert das Enzym nicht, lediglich das Lösungsmittel wird umgewurschtelt
(Versuch 4).
Versuch Nr. 6
Bei Harnstoff trat keine Veränderung auf, bei Thioharnstoff nur eine leichte:
S
O
NH2
H2N
H2N
urea
NH2
thiourea
Dieses unterschiedliche Verhalten erklärt sich durch die unterschiedlichen
Elektronegativitäten von Sauerstoff und Schwefel; der Sauerstoff zieht die Elektronen, die es
mit dem Kohlenstoff teilt dichter zu sich hin als Schwefel es tut. Wie sich das allerdings auf
die Enzyme auswirkt kann ich nicht erklären.
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