Natur und Technik für den Pflichtschulabschluss: Biochemische Reaktionen


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Chemische und biochemische ReaktionBearbeiten

 
Eine chemische Reaktion: die in der Flüssigkeit aufgelöste Kohlensäure zerlegt sich in Wasser und Kohlendioxid:
H2CO3 → H2O + CO2

Chemie ist ein Bereich der Wissenschaft, der sich mit sogenannten chemischen Reaktionen beschäftigt. Eine chemische Reaktion ist ein Vorgang, während dem ein oder mehrere Teilchen (Moleküle oder Atome) reagieren und sich in andere Teilchen verwandeln (die aus den selben Atomen wie am Anfang allerdings in anderen Kombinationen bestehen). In diesem Prozess kann Energie freigegeben oder verbraucht werden. In physikalischen Prozessen hingegen ändern sich die Moleküle nicht.

Ein Beispiel eines physikalischen Prozesses ist eine Aggregatzustandsänderung. Eis oder Schnee schmilzt zum flüssigen Wasser. In diesem Vorgang ändert sich sowohl die Farbe (Schnee ist weiß, flüssiges Wasser durchsichtig) als auch der Aggregatzustand (am Anfang fest, dann flüssig). Das Molekül aber ändert sich nicht. In allen Fällen haben wir Wassermoleküle (H2O).

Nehmen wir das Beispiel eines gespritzten Getränks. In diesem gibt es Kohlensäure (H2CO3). Schüttelt man das Getränk ein bisschen, dann entstehen im Getränk Luftblasen. Diese beinhalten Kohlenstoffdioxid CO2. Durch das Schütteln findet folgende chemische Reaktion statt:

H2CO3 → H2O + CO2

Bei diesem Vorgang ändern sich sowohl der Aggregatzustand (H2CO3 besteht nur in im Wasser gelöster flüssiger Form; CO2 ist ein Gas; H2O ist auch flüssig) als auch die Moleküle. Wir haben nicht mehr den gleichen Stoff. Links haben wir Kohlensäure, rechts Wasser und Kohlenstoffdioxid. Es geht daher um eine chemische Reaktion und nicht um einen physikalischen Vorgang.

Bei der Reaktion können wir beobachten: Die Moleküle ändern sich, die Atome aber bleiben gleich. Links haben wir 2 Wasserstoffatome, ein Kohlenstoffatom und drei Sauerstoffatome. Genau das gleiche gilt auch für die rechte Seite der Reaktion. Hier ist also noch einmal die Definition einer chemischen Reaktion:

Eine chemische Reaktion ist ein Vorgang, bei dem ein oder mehrere Moleküle reagieren und sich in andere Moleküle verwandeln. Die teilnehmenden Atome bleiben vor und nach der Reaktion gleich. Nur ihre Kombination ändert sich.

Die Definition einer biochemischen Reaktion ist dann leicht. Die Vorsilbe „bio“ kommt aus dem griechischen Wort „βίος“, was das Leben bedeutet.

Eine biochemische Reaktion ist eine chemische Reaktion, die in der Natur vor allem oder nur in einem lebendigen Wesen stattfindet.

Die wichtigsten Elemente für die biochemischen Reaktionen sind Kohlenstoff C, Wasserstoff H, Sauerstoff O und Stickstoff N. Viele Moleküle in lebendigen Organismen bestehen fast ausschließlich aus diesen Elementen. Die Reaktion mit der Kohlensäure, die wir gerade gesehen haben, ist keine biochemische Reaktion. Sie findet ganz leicht auch außerhalb eines lebendigen Organismus statt. Die Reaktion von ADP zu ATP und umgekehrt kann man zwar in einem Labor außerhalb eines lebendigen Organismus durchführen, findet aber in der Natur fast ausschließlich in Organismen statt [1]. Die ist daher ein biochemische Reaktion.

Das wichtigste Molekül für alle Organismen, das Wassermolekül, entsteht dennoch nicht durch eine biochemische Reaktion. Es ist wichtig, weil Organismen vorwiegend aus Wasser bestehen[2], aber auch weil fast alle biochemischen Reaktionen das Wasser brauchen, um überhaupt stattfinden zu können.

PhotosyntheseBearbeiten

 
Chloroplasten in den Zellen eines Blattes (Bild vergrößert mit einem Mikroskop). Chloroplasten beinhalten Chlorophyll, ein biochemisches Molekül, dem die Pflanzen ihre Grüne Farbe schulden.

Die Photosynthese ist eine biochemische Reaktion, die in den Chloroplasten[3] in den pflanzlichen Zellen stattfindet. In dieser reagiert Kohlenstoffdioxid aus der Luft mit Wasser aus dem Boden und dadurch entsteht Zucker und Sauerstoff, der in die Luft freigesetzt wird. Für die Reaktion ist die Energie des Sonnenlichts notwendig. Diese Energie wird in den Zuckermoleküle gespeichert und später von allen Organismen zusammen mit dem Sauerstoff als Energiequelle benutzt. Die Formel dieser biochemischen Reaktion lautet:

CO2 + H2O → <CH2O> + O2

  1. ADP und ATP sind sogenannte Nucleotide, also Moleküle die für den DNA wichtig sind. Sie spielen allerdings die Rolle der Energiewährung in der Zelle.
  2. Der menschliche Körper besteht aus ca. 70% Wasser.
  3. Ein Chloroplast ist ein Zellorganelle, in der das Sonnenlicht empfangen wird und seine Energie in anderen Molekülen gespeichert. Chloroplasten befinden sich fast ausschließlich in pflanzlichen Zellen.