Katalysator

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Energiediagramm der Enzym-Katalyse: Die Aktivierungsenergie (freie Aktivierungsenthalpie) wird im Vergleich zu unkatalysierten Reaktionen durch Stabilisierung des Übergangszustandes gesenkt. Die freie Reaktionsenthalpie bleibt dabei unverändert.

Ein Katalysator (von griech. κατάλυσις katálysis „Auflösung“) ist ein Stoff, der - bereits in kleinen Mengen beigegeben - eine chemische Reaktion durch Senkung der dafür benötigten Aktivierungsenergie beschleunigt. Der Katalysator beteiligt sich an der Reaktion, indem er eine energieärmere Zwischenverbindung mit den reagierenden Stoffen eingeht und dadurch die Aktivierungsenergie verringert. Nach Ablauf der Reaktion wird der Katalysator unverändert freigesetzt und steht für weitere Katalysezyklen wieder zur Verfügung. Dieser Vorgang wird als Katalyse bezeichnet. Insgesamt verändert der Katalysator nur die Kinetik der chemischen Reaktion, nicht aber deren Thermodynamik, d.h. die Energie, die durch die Reaktion insgesamt erzeugt oder verbraucht wird, bleibt unverändert.

Stoffe, die Katalysatoren zerstören bzw. ihre Wirkung dauerhaft hemmen, werden als Katalysatorgifte bezeichnet. Ein bekanntes Beispiel ist Blei, das Fahrzeugkatalysatoren zerstört, weshalb heute dem Benzin nicht mehr Bleitetraethyl als Antiklopfmittel zugesetzt wird.

Biochemische Prozesse laufen stets nur in Anwesenheit eines meist sehr komplex gebauten Katalysators, eines sog. Enzyms, in nennenswerter Geschwindigkeit ab. So katalysiert etwa das Enzym Triosephosphatisomerase (TIM, TPI) in einem Teilschritt der Glycolyse, dem lebenswichtigen Zuckerabbau in allen Organismen, die Umwandlung von Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) zu Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP):

Dihydroxyacetonphosphat Skelett.svg LaTeX: \rightleftharpoons D-Glycerinaldehyd-3-phosphat Skelett.svg

Biokatalysatoren sind vornehmlich die aus Proteinen bestehenden Enzyme, seltener auch Ribozyme (katalytisch aktive RNA) oder ganze Zellen. Für den geordneten Ablauf aller physiologischen Prozesse in lebenen Organismen sind Biokatalysatoren unerlässlich, werden aber auch seit prähistorischen Zeiten in der Biotechnologie eingesetzt, z. B. bei der Herstellung von Brot, Wein und Bier durch alkoholische Gärung mittels Hefepilzen.

Siehe auch


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