Aktivität von Enzymen: Katalase

Bei Oxidationsreaktionen im menschlichen Organismus, an denen Sauerstoff beteiligt ist, kann auch Wasserstoffperoxid (${\text{H}}_2{\text{O}}_2$) in kleinen Mengen entstehen. Dieses sehr agressive Oxidationsmittel kann die Zellen schädigen. Daher wird es von entsprechenden Enzymen sofort zersetzt. Das wichtigste Enzym für die ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$-Spaltung ist die Katalase. Sie kommt in allen Geweben vor, sowie als Enzym auch im Blut. Dieses Experiment zeigt die hohe Aktivität des Enzyms bei der Spaltung von Wasserstoffperoxid:

Die ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$-Spaltung wird auch von vielen Schwermetall-Ionen katalysiert, beispielsweise von Eisen(III)-Ionen (${\text{Fe}}^{3+}$). Deren Aktivität ist jedoch vergleichsweise gering. Wird stattdessen der ebenfalls ${\text{Fe}}^{3+}$ enthaltende Häm-Komplex verwendet, nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich zu. Katalase enthält wiederum einen Eisen(III)-Häm-Komplex im aktiven Zentrum. Dieses Enzym ist auf die Zersetzung von ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$ spezialisiert. Schon bei Zugabe sehr kleiner Katalase-Mengen setzt eine außerordentlich heftige Reaktion ein.

Drei Reagenzgläser werden je zu 1/4 mit 3%iger ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$-Lösung gefüllt. Es ist keine Gasentwicklung zu beobachten. Das erste Reagenzglas bleibt als Vergleich unverändert. In das zweite Glas werden einige Tropfen einer 5%igen Eisen(III)-chlorid-Lösung gegeben. Es zeigt sich eine deutliche Gasentwicklung. In das dritte Reagenzglas kommen einige Tropfen Blut. Obwohl im Blut die Katalysator-Konzentration um das 1000-fache geringer ist als in der Eisenchlorid-Lösung, tritt eine heftige Sauerstoff-Entwicklung ein.

Siehe auch die Lerneinheit Einführung Katalyse/Enzyme.