Im ersten von zwei Versuchen wollten wir die Urease-Aktivität bei unterschiedlichen Temperaturen untersuchen. Wie wir von der Theorie über die Ammonifikation wissen, katalysiert die Urease die Hydrolyse von Harnstoff in Ammoniak und Kohlendioxid. Ammoniaklösung hat einen hohen pH-Wert, der sich in unserem Versuch mit Rotkohlindikator bzw. mit einer pH-Sonde nachweisen lässt.

Resultate

Allgemein lässt sich sagen, dass die grössere Ureasemenge dazu geführt hat, dass die Reaktionen schneller abliefen (siehe unten). Vergleicht man z.B. den pH-Wert bei 60 °C mit 1ml Urease nach 10 Minuten mit dem pH-Wert bei 60 °C mit 5ml Urease nach 10 Minuten lässt sich schon ein Unterschied von 0.2 erkennen. Bei den anderen Temperaturen beobachtet man Ähnliches. Der pH-Wert bei 5ml stieg also schneller an, als bei 1ml.

Zudem sieht man deutlich, dass die Temperatur eine Rolle spielt, wie schnell die Umwandlung von Harnstoff in Ammoniak bzw. Ammonium-Ionen vonstattengeht. So steigt der pH-Wert sowohl bei 1ml Urease, als auch bei 5ml Urease bei 60 °C während den ersten 25 Minuten am schnellsten. Bei 60 °C (Optimum Urease) steigt also der pH-Wert anfangs am schnellsten, bei 23 °C (Raumtemperatur) am zweit schnellsten und 4 °C (Kühlschrank) am langsamsten.

Was auffällt ist, dass die Reaktionsgeschwindikeit der Urease bei 60 °C abnimmt, während sie bei den anderen beiden Temperaturen relativ konstant blieb bzw. zunahm. Dies lässt sich unter anderem auch daran erkennen, dass der pH-Wert bei 23 °C sogar über den pH-Wert bei 60 °C steigt. Bei 1ml Urease ist dies nach ca. 50 Minuten und bei 5ml Urease sogar schon bei ca. 30 Minuten der Fall.

Vergleicht man die Farbe der Lösungen am Anfang des Experiments mit der Farbe nach 20 und 40 Minuten, lässt sich ein deutlicher Unterschied feststellen (siehe unten). Am Anfang des Experiments ist die Farbe der Lösung blau-violette. Diese verändert sich im Verlaufe des Experiments. Aus blau-violette wird türkis-blau. Auch hier lässt sich ein Unterschied zwischen 5ml und 1ml Urease feststellen. So wechselt die Farbe bei 5ml Urease schneller von blau-violette nach türkis-blau, als bei 1ml Urease.

Farbveränderung bei 60 °C

Farbveränderung bei Raumtemperatur

Farbveränderung bei 4 °C

Diskussion

Den Resultaten ist zu entnehmen, dass sowohl die Ureasemenge, als auch die Temperatur eine bedeutende Rolle spielt, wie schnell die Hydrolyse von Harnstoff zu Ammoniak und Kohlendioxid läuft. Man stellt fest, dass je mehr Urease vorhanden ist, die Reaktion schneller läuft. Zudem konnte bewiesen werden, dass bei 60 °C die Umsetzung von Harnstoff in Ammoniak und Kohlendioxid am schnellsten geschieht. Was aber auffällt, ist dass die Reaktionsgeschwindigkeit von Urease bei 60 °C irgendeinmal langsamer abzulaufen scheint. So übersteigt der pH-Wert der Lösungen mit 23 °C sogar den pH-Wert der zwei Lösungen bei 60 °C. Ein Grund könnte sein, dass das gelöste Ammoniak bei dieser hohen Temperatur gesiedet ist. Ist Ammoniak nämlich in Wasser gelöst (=Ammoniakwasser), besitzt dieses andere Eigenschaften als gasförmiges Ammoniak. Ammoniakwasser besitzt eine Siedentemperatur von 24.7 °C. Das würde auch erklären, weshalb die Reaktionsgeschwindikeit bei 23 °C und bei 4 °C nicht abnahm, bei 60 °C aber schon.

Die Farbveränderungen zeigten auf anschauliche Weise, dass der pH-Wert von neutral (pH-Wert 7) in den basischen Bereich überging. Auch hier stellte man fest, dass die die Menge an Urease und die Temperatur eine wesentliche Rolle spielen, wie schnell sich die Farbe des Rotkohlindikators verändert.

Wir mussten leider den Versuch abbrechen, da wir nicht genug Zeit hatten die pH-Werte noch weiter zu messen. Sonst wäre es spannend gewesen zu sehen, ob auch der pH-Wert der beiden Lösungen bei 4 °C den pH-Wert der Lösungen bei 60 °C überschritten hätten. Zudem wäre es ebenfalls spannend gewesen zu sehen, bei welchem pH-Wert das Maximum erreicht werden würde und der pH-Wert nicht mehr ansteigen würde. Denn irgendwann wird entweder der Harnstoff aufgebraucht, oder der pH-Wert zu hoch sein und die Urease würde denaturieren.

Trotz dem Stress, jede fünfte Minute den pH-Wert der sechs Lösungen zu messen, war es sehr wichtig, dass wir drei verschiedene Temperaturen verglichen und zwei verschiedene Mengen an Urease hatten. Im ersten Versuch (der beschriebene Versuch war nämlich unser zweiter Anlauf) haben wir verschiedene Harnstoffmengen genommen (10ml, 9ml,.... 4ml Harnstoff) und verschiedene Temperaturen (auch 60 °C, 23 °C und 4°C). Die Ureasemenge blieb konstant. Wir haben dabei gemerkt, dass die Harnstoffmenge keinen signifikanten Unterschied macht. Es ist also wichtig, dass die Ureasemenge und nicht die Harnstoffmenge verändert wird.

https://de.wikipedia.org/wiki/Ammoniakwasser