Schülerversuch; der Zeitbedarf hängt von der Vorbereitung ab.

Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.

Vorbemerkung
Grundlage des Versuchs ist die folgende Reaktion:

O=C(NH₂)₂ + H₂O ———> CO₂ + 2 NH₃    /exotherm

Aufgrund des Ammoniaks bildet sich ein alkalisches Milieu aus, das zum Nachweis der Hydrolyse dient.

CO₂ + 2 NH₃ + 2 H₂O ———> 2 NH₄⁺ + HCO₃^- + OH^-

Geräte
Reagenzgläser, Reagenzglasständer, graduierte Pipetten (1 ml, 10 ml).

Chemikalien
Frische Lösungen von Harnstoff (w = 2 %), von Methylharnstoff (und von anderen Harnstoffanalogen; Thioharnstoff ist giftig und deshalb vielleicht für den Einsatz im Schülerversuch nicht geeignet), gesättigte Harnstofflösung (w = 50 %), Lösung von Harnstoff, Phenolphthaleinlösung (F), Lösung (c = 0,1 mol/l) von Kupfersulfat (Xn) und Bleiacetat (T), Urease, Salzsäure (c = 0,1 mol/l) (Xi), Universalindikatorpapier.

Durchführung
Vor dem Versuch die Aktivität der Urease in einem Handversuch überprüfen! Das Enzym ist zwar sehr stabil, aber auch nicht ewig haltbar!
Wenn sich die Harnstofflösung nach Zugabe von Phenolphthalein rötlich färbt, ist die Lösung durch eine frisch zubereitete zu ersetzen.

Allgemeines Verfahren
Grundsätzlich verfährt man so, dass man für jeden Ansatz zwei RG vorbereitet. In das eine RG gibt man eine Spatelspitze Urease, die man in etwa 1 ml destilliertem Wasser aufschlämmt. In das zweite RG gibt man die Lösung mit den Reaktionskomponenten, die man zum Start der Reaktion in das RG mit der Enzymsuspension gießt. Danach kurz schütteln und stehenlassen.

1. Hydrolysereaktion des Harnstoffs
a Man kocht in einem RG eine 2proz. Harnstofflösung mit Phenolphthalein.
b Nun kühlt man das Gläschen ab und gießt seinen Inhalt zu einer Suspension von Urease. Rasch färbt sich die Reaktionsmischung rot.

Ergebnis
Durch Kochen erfolgt keine Hydrolyse, wohl aber in der Kälte durch Urease-Zusatz.

2. Substratspezifität der Urease
Die Lösungen von Harnstoff sowie von seinen Analogen werden mit Phenolphthalein versetzt. Von dieser Lösung werden je 5 ml in die entsprechende Anzahl Reagenzgläser gegeben. Diese Lösungen gibt man zu den vorbereiteten Urease-Suspensionen.

Ergebnis
Man beobachtet beim Harnstoff nach kurzer Zeit die Rotfärbung der Lösung aufgrund des gebildeten Ammoniaks, während die anderen Lösungen unverändert bleiben.

3. Substrathemmung der Urease
Man gibt in ein RG 5 ml der 2proz., in ein anderes 5 ml der 50proz. Harnstofflösung und verfährt weiter wie bekannt. Dabei sollten die Lösungen gleichzeitig vermischt werden.

Ergebnis
Im zweiten Ansatz ist die Reaktion deutlich langsamer.

4. Kompetitive Hemmung der Urease
Man gibt in ein RG 5 ml Harnstofflösung und 5 ml Wasser, in ein zweites RG 5 ml Harnstoff- und 5 ml Methylharnstofflösung sowie ggf. 5 ml Thioharnstofflösung. Man verfährt weiter wie bekannt.

Ergebnis
Im zweiten Ansatz ist die Reaktion deutlich langsamer.

5. Vergiftbarkeit der Urease
Man gibt in drei RG je 5 ml Harnstofflösung mit Phenolphthalein, in drei weitere RG 1 ml Wasser und eine Spatelspitze Urease.
Zu der ersten Urease-Suspension pipettiert man 0,1 ml der Kupfer-, zur zweiten 0,1 ml Bleisalzlösung und lässt 2-3 min einwirken. Die andere Urease-Suspension bleibt unbehandelt und dient zum Vergleich. Dann gießt man die Harnstofflösungen zu den Suspensionen.

Ergebnis
Man beobachtet beim unvergifteten Enzym nach kurzer Zeit die Rotfärbung der Lösung aufgrund des gebildeten Ammoniaks, während die kupferhaltige Lösung wegen der Vergiftung des Enzyms unverändert bleibt. Überraschenderweise reagiert auch die Mischung, die das Bleisalz enthält.

Hintergründe zum Experiment