Ammoniak

Ammoniumsalze sind weltweit verbreitet, v.a. Salmiak (Ammoniumchlorid). In der Natur entsteht Ammonik insbesondere bei der Humifizierung stickstoffhaltiger Biomasse durch Mikroorganismen. Einige Bakterien sind in der Lage, Ammoniak mittels Stickstofffixierung direkt aus der Luft zu gewinnen, z.B. Cyanobakterien.

Ammoniak ist ein amphotere Verbindung, das heißt sie kann sowohl als Brønsted-Säure als auch als Brønsted-Base reagieren. Es bildet mehrere Salze:

• Kationische Ammoniumsalze
• Anionische Amide, Imide und Nitride

Ammoniak ist gut wasserlöslich. Bei 0°C lösen sich über 1000 Liter Ammoniak in einem Liter Wasser. Die wässrige Lösung nennt man Ammoniakwasser oder Salmiakgeist.

Ammoniak wird industriell überwiegend mittels Haber-Bosch-Verfahren produziert. Dabei reagieren Stickstoff und Wasserstoff miteinander.

Im Stoffwechsel liegt Ammoniak als Ammonium vor und spielt eine entscheidende Rolle beim Auf- und Abbau von Aminosäuren. So wird aus Ammonium und α-Ketoglutarat die Aminosäure Glutamat gebildet, aus der wieder andere Aminosäuren synthetisiert werden. Menschen produzieren auf diese Art die nicht-essentiellen Aminosäuren. Umgekehrt wird Glutamat durch die Glutamatdehydrogenase mittels oxidativer Desaminierung in α-Ketoglutarat und Ammoniak gespalten.

Größere Mengen Ammoniak wirken toxisch, sodass überschüssige Mengen aus dem Körper entfernt werden müssen. Neben der erwähnten Fixierung in Aminosäuren, entgiften Säugetiere Ammonium in der Leber vor allem über den Harnstoffzyklus zum ungiftigen, wasserlöslichen Harnstoff, der dann über den Urin ausgeschieden wird. Carbamoylphosphat, die Ausgangssubstanz der Harnstoffsynthese, ist außerdem Ausgangssubstanz der Pyrimidinsynthese.

siehe auch: Ammoniummechanismus

All diese verschiedenen Mechanismen sorgen dafür, dass die Ammoniakkonzentration innerhalb der Zellen und in den Körperflüssigkeiten des Menschen außerordentlich gering gehalten wird. Die normale Konzentration von Ammoniak im Plasma beträgt zirka 0,05 mg/100 ml. Dagegen beträgt die Harnstoffkonzentration 20 - 50 mg/100 ml, d.h. die Konzentration des im Harnstoff entgifteten Ammoniaks beträgt rund das 400fache der Ammoniakkonzentration. Dem Transport von Ammoniak dient der Alaninzyklus.

Das Ammoniak im Plasma wird im Rahmen der Labordiagnostik der hepatischen Enzephalopathie und der Leberinsuffizienz (s.u.) bestimmt.

Beim Einatmen einer Ammoniakkonzentration von ungefähr 1.700 ppm können letale Schäden in den Atemwegen und Atemstillstand eintreten. Bei erhöhten Plasmakonzentration entstehen zentralnervöse Symptome (Tremor, Sprachstörungen, Vigilanzminderung bis zum Koma und Tod). Dabei scheint Ammoniak vor allem die Astrozyten zu schädigen.

Akute Ammoniumintoxikationen treten vor allem infolge eines Leberversagens auf (hepatische Enzephalopathie). Beim Menschen liegt die Hauptbildungsstätte von freiem Ammoniak im bakteriellen Abbau von nicht verdauten Eiweißen im Dickdarm. Entsprechend führt eine exzessive Eiweißaufnahme bei gestörter Entgiftungsfunktion der Leber zur Ammoniakakkumulation. Des Weiteren sind Infektionen, Exsikkose sowie gastrointestinale Blutungen Trigger einer hepatischen Enzephalopatie.

Für die Bestimmung des Ammoniak-Wertes werden 4 ml EDTA-Blut benötigt. Die Blutentnahme sollte im Labor erfolgen. Alternativ, wenn die Plasmaabtrennung innerhalb von 15 min durchgeführt wird, kann die Probe auch tiefgefroren ins Labor gesendet werden.

• Frauen: 25-94 µg/dl
• Männer: 19-82 µg/dl

Erhöhte Werte können auf eine hepatische Enzephalopathie oder Leberschäden mit reduzierter Entgiftungskapazität hinweisen.

Ammoniak dient der industriellen Herstellung von stickstoffhaltigen Verbindungen:

• Harnstoff als Düngemittel und für Harnstoffharze
• Weitere Stickstoffdünger (z.B. Ammoniumnitrat)
• Salpetersäure mittels Ostwald-Verfahren

Beim Verdampfen entzieht Ammoniak der Umgebung sehr viel Wärme, sodass es als Kältemittel eingesetzt wird.