Themen

Katalyse

Homogene Katalyse in Lösung

Homogene Katalyse in der Gasphase

Enzymkinetik

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• Ein Katalysator beschleunigt eine chemische Reaktion,
  ohne selbst dabei chemisch verändert zu werden.
• Katalysatoren senken die Aktivierungsenergie einer Reaktion,
  ändern aber nicht die Lage des chemischen Gleichgewichts.
• Katalyse ist von entscheidender wirtschaftlicher Bedeutung.
  Ca. 90\% aller großtechnischen Reaktionen sind katalysiert.
• Ein wesentlicher Aspekt der katalytischen Effizienz von Enzymen
  ist die Stabilisierung des Übergangszustands der Reaktion.
• Die unterschiedlichen Modi der Enzymhemmung lassen sich
  anhand der Lineweaver-Burk-Auftragung unterscheiden.

Die nachfolgenden Fragen sollten sich mit den in der Vorlesung vermittelten Inhalten beantworten lassen und dienen der eigenständigen Nacharbeit bzw. Beschäftigung mit der Thematik.

• Welcher mathematische Zusammenhang besteht zwischen der Aktivierungsenergie und der Geschwindigkeit einer Reaktion (wenn alle anderen Parameter festgehalten werden)?
• Warum ist eine Verringerung der Aktivierungsenergie viel effizienter für die Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit als z.B. die Temperaturerhöhung? Veranschaulichen Sie sich die mathematischen Zusammenhänge grafisch.
• Was ist eine wesentliche mechanistische Komponente der katalytischen Aktivität von Enzymen?
• Gibt es eine obere Grenze für die Geschwindigkeit enzymkatalysierter Reaktionen? Warum? Wenn ja, wo liegt sie und wie ließe sie sich berechnen/abschätzen?
• Welche Modi der Inhibition enzymkatalysierter Reaktionen lassen sich unterscheiden? Wie lassen sie sich durch einfache grafische Auftragung identifizieren? Welche Größen müssen gegeneinander aufgetragen werden? Welche Charakteristika erwarten Sie für die unterschiedlichen Modi der Inhibition?
• Was ist ein häufiges Problem der doppelt-reziproken Auftragung nach Lineweaver-Burk?

Eine kommentierte und handverlesene Liste mit weiterführender Literatur zum Thema. Die Auswahl ist zwangsläufig subjektiv.

Die Hauptinhalte der Vorlesung zum Nachlesen in den allgemeinen Lehrbüchern zur Physikalischen Chemie: Wedler [Wedler, 2012Wedler, Gerd; Freund, Hans-Joachim (2012): Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Wiley-VCH, Weinheim], Kapitel 6.7.2; Atkins vierte Auflage [Atkins, 2006Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2006): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim] Kapitel 23.3; Atkins fünfte Auflage [Atkins, 2013Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2013): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim] Kapitel 23.1.

Für die Kinetik enzymatischer Reaktionen sei ein Blick in die allgemeinen Lehrbücher der Biochemie empfohlen, z.B. Voet [Voet, 1995Voet, Donald; Voet, Judith G (1995): Biochemistry, Johnn Wiley & Sons, Inc., New York] Kapitel 13 und Stryer [Berg, 2002Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2002): Biochemistry, W. H. Freeman, New York, NY] Kapitel 8.

• Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2006): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim
• Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2013): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim
• Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2002): Biochemistry, W. H. Freeman, New York, NY
• Voet, Donald; Voet, Judith G (1995): Biochemistry, Johnn Wiley & Sons, Inc., New York
• Wedler, Gerd; Freund, Hans-Joachim (2012): Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Wiley-VCH, Weinheim

• Artikel in Spektrum der Wissenschaft zur Nobelpreisverleihung 1995
• Eintrag bei MPI für Chemie in Mainz zum Ozonloch und Paul Crutzen

• Nachruf auf Paul Crutzen (†28.01.2021)

Die „Doomsday Clock“ des Bulletin of the Atomic Scientists zeigt, wie nah die Menschheit nach Meinung eines Expertengremiums an ihrer eigenen Auslöschung ist. Dabei werden mittlerweile drei existentielle Gefahren identifiziert:

• Nukleare Vernichtung
• Klimakatastrophe
• Entwertung faktenbasierter Diskurse

Gerade die letztere existentielle Gefahr hat sich in den letzten zwei Jahren sehr deutlich gezeigt, weshalb die Uhr aktuell (seit Anfang 2020) näher an Mitternacht steht als jemals in den vergangenen 75 Jahren, also näher als auf der Hochphase des kalten Krieges.

• Doomsday Clock
• aktelle Stellungnahme (2021)