Katal
Abgeleitete SI-Einheit · Größe: katalytische Aktivität
01 · Definition
Das Katal ist die jüngste SI-Einheit: angenommen 1999, fünfzig Jahre nach dem Newton und fast ein Jahrhundert nach den ersten Versuchen, Enzyme zu messen. Es ist zugleich die einzige Einheit, die nicht von Physikern, sondern auf Antrag von Klinikern eingeführt wurde.
Ein Katal ist die Umsetzung eines Mols Stoff je Sekunde. Die Einheit beschreibt nicht die Menge des Enzyms, sondern die Geschwindigkeit, mit der es arbeitet: zwei Proben gleicher Masse können sich in der Aktivität um ein Vielfaches unterscheiden, wenn eine teilweise denaturiert ist. Die Größe ist für die Biochemie riesig — wirkliche Werte liegen im Mikro- und Nanokatal, und in klinischen Analysen verwendet man Katal je Liter. Vor dem Katal benutzten Biochemiker «Einheiten» U: Mikromol je Minute, und der Übergang zum SI dauerte zwei Jahrzehnte, weil alle Referenzbereiche neu geschrieben werden mussten.
Ein und dasselbe Enzym liefert bei unterschiedlicher Temperatur, unterschiedlichem pH und unterschiedlicher Substratkonzentration verschiedene Katal. Darum gibt man die Aktivität immer mit den Messbedingungen an: 37 °C, pH 7,4, Substrat im Überschuss.
02 · Umrechnung
Geben Sie eine Aktivität ein — das Blatt rechnet um
Die Einheit U — ein Mikromol je Minute — bleibt der De-facto-Standard in Reagenzienkatalogen und wissenschaftlichen Artikeln. Ein U sind 16,67 Nanokatal, eine unbequeme Zahl, und schon das hat den Übergang ein Vierteljahrhundert lang aufgehalten.
Eine Aktivität ohne angegebene Bedingungen ist eine sinnlose Zahl. In der klinischen Biochemie gelten 37 °C und physiologischer pH als Standard; bei 25 °C liefert dasselbe Enzym halb so viele Katal.
| Einheit | Name | Wert | Wo es vorkommt |
|---|---|---|---|
| kat | Katal, SI-Einheit | 1·10⁻⁶ | Industrie, Fermentation |
| mkat | Millikatal | 0,001 | Enzympräparate |
| µkat | Mikrokatal | 1 | klinische Analysen |
| nkat | Nanokatal | 1000 | Reagenzglas, Spurenmengen |
| pkat | Pikokatal | 1 000 000 | Grenze der Empfindlichkeit |
| µmol/s | Mikromol je Sekunde | 1 | dasselbe wie µkat |
| U | Einheit der Aktivität, Mikromol je Minute | 60 | Befunde, Reagenzien |
| mU | Millieinheit | 60 000 | schwache Aktivitäten |
| kU | Kiloeinheit | 0,06 | Abfüllung von Enzymen |
| mol/min | Mol je Minute | 6·10⁻⁵ | alte Protokolle |
| kat | Katal | 1·10⁻⁶ | die heutige Einheit |
Die Einheit U hält sich in den Laboren, weil der Wechsel zu Katal verlangt, für jedes Enzym die Referenzbereiche neu festzulegen. Sechzehn und ein bisschen Nanokatal ist eine unhandliche Zahl für einen Befund.
03 · Größenordnungen
von einem einzelnen Enzymmolekül bis zum industriellen ReaktorALT im Normbereich — 0,67 µkat/l
04 · Messgeräte
Womit Katal gemessen werden
Das Produkt der Reaktion absorbiert Licht bei seiner eigenen Wellenlänge: die Geschwindigkeit, mit der die optische Dichte wächst, ergibt unmittelbar die Aktivität.
Sechsundneunzig Reaktionen auf einmal: das Gerät nimmt in jeder Vertiefung die Kinetik auf und berechnet die Aktivität aus der Anhäufung des Produkts.
Das Arbeitstier des klinischen Labors: Hunderte Proben je Stunde, Thermostatierung und Ausgabe gleich in Katal je Liter — dort, wo man dem Standard folgt.
Setzt die Reaktion Säure frei, misst man die Aktivität am Verbrauch des Titriermittels: wie viel Lauge nötig war, um den pH zu halten.
05 · Schreibregeln
kat kleingeschrieben — und immer mit den Messbedingungen
Das Zeichen wird mit drei Kleinbuchstaben geschrieben: kat, nicht Kat und nicht KAT. Der Präfix steht davor: µkat, nkat. Eine Enzymaktivität ohne Temperatur, pH und Substrat ist mit anderen Messungen nicht vergleichbar, darum stehen sie in Protokollen neben der Zahl.
Auf Befunden begegnet «U/l» ohne Erläuterung — das sind Einheiten U je Liter, nicht Katal. Der Unterschied beträgt das 16,67-Millionenfache, und Verwechslung in den Referenzbereichen ist gefährlich.
06 · Benachbarte Einheiten
Das Katal ist ein Mol je Sekunde und stützt sich damit unmittelbar auf Mol und Sekunde. Seine Dimension stimmt mit der Reaktionsgeschwindigkeit in der chemischen Kinetik überein, und die Division durch den Liter ergibt die Aktivitätskonzentration — das, was auf einem Blutbefund steht.
Die Wechselzahl k(cat) ist die Aktivität geteilt durch die Zahl der Enzymmoleküle: bei der Carboanhydrase erreicht sie eine Million je Sekunde. Das Katal zählt die ganze Probe, die Wechselzahl ein einzelnes Molekül.
07 · Historischer Teil
Womit man Enzyme vor dem Katal maß
Ein Mikromol Substrat je Minute. Der internationale Standard der Biochemie, heute noch lebendig in Reagenzienkatalogen.
Eine eigene Einheit für die Ligase: definiert über den Phosphataustausch im ATP. Eine von Dutzenden «hauseigener» Einheiten, von denen sich die Biochemie nie ganz getrennt hat.
Die Aktivität drückte man über den Anteil des in fester Zeit abgebauten Substrats aus. Jedes Labor hatte seine eigene Vorschrift, und die Zahlen waren selbst zwischen Nachbarinstituten unvergleichbar.
Die Internationale Pharmazeutische Föderation setzte eigene Einheiten für Verdauungsenzyme in Präparaten fest. Sie stehen bis heute auf den Packungen von Arzneimitteln.
Die Einheit wurde für die Medizin eingeführt — und die Medizin nahm sie kaum an
Das Katal kam auf direkten Antrag der Internationalen Föderation für Klinische Chemie ins SI: Ärzte brauchten eine Möglichkeit, Ergebnisse von Laboren verschiedener Länder zu vergleichen. Doch der Übergang verlangte, Referenzbereiche für Dutzende Enzyme neu festzulegen, Analysatoren umzuprogrammieren und Personal umzuschulen, darum druckten die meisten Labore weiter «U/l». Fünfundzwanzig Jahre später bleibt das Katal eine Einheit, die in Normen vorgeschrieben und auf Befunden selten ist: die Zeile «ALT 40 U/l» kommt tausendmal häufiger vor als «ALT 0,67 µkat/l».
Katalog · Internationales Einheitensystem
Ein Datenblatt für jede Größe
Sieben Basiseinheiten, zweiundzwanzig abgeleitete mit eigenen Namen und ein Archiv der Systeme, die außer Gebrauch geraten sind. Jede hat ihr eigenes Blatt: Definition, Umrechnung, Geräte, Schreibregeln. In 18 Sprachen.