Biochemie

die Wissenschaft von den chemischen Bestandteilen der Lebewesen und den Reaktionen, die den Lebensvorgängen zu Grunde liegen. Die Biochemie ist sowohl Teilgebiet der Chemie als auch der Biologie. Die Vorsilbe Bio- ist von bios abgeleitet, dem griechischen Wort für Leben. Biochemie hat vor allem das Ziel, den Aufbau und das Verhalten biologischer Moleküle aufzuklären. Dies sind kohlenstoffhaltige Verbindungen, aus denen sich die verschiedenen Teile lebender Zellen zusammensetzen. Zudem führen biologische Moleküle die chemischen Reaktionen aus, mit deren Hilfe Zellen wachsen, sich fortpflanzen und Energie umsetzen.

In jeder Zelle gibt es eine gewaltige Vielfalt an Molekülen. Ihre Struktur bestimmt darüber, an welchen chemischen Reaktionen sie teilnehmen können und welche Funktion sie somit für die Lebensvorgänge der Zelle erfüllen. Die wichtigsten Klassen biologischer Moleküle sind Nucleinsäuren, Proteine, Kohlenhydrate und Lipide heterogene Klasse organischer Verbindungen, die in allen Lebewesen vorkommen. Im Unterschied zu anderen organischen Verbindungen lösen Lipide sich nicht in .

Nucleinsäuren dienen zum Speichern und Umsetzen genetischer Informationen. Ihre riesigen Moleküle sind lange Ketten aus Untereinheiten, den Nucleotiden, die in genau festgelegter Reihenfolge (Sequenz) angeordnet sind. Sie werden von anderen Zellbestandteilen abgelesen und steuern die Herstellung der Proteine.

Proteine sind große Moleküle, die ebenfalls aus Einzelbausteinen bestehen, den Aminosäuren Aminosäuren sind Carbonsäuren, bei denen an Kohlenstoff gebundene Wasserstoffatome durch eine Aminogruppe ausgetauscht wurden. Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine. . Aus nur 20 verschiedenen Aminosäuren stellt die Zelle viele tausend unterschiedliche Proteine her, von denen jedes in der Zelle eine höchst spezialisierte Aufgabe erfüllt. Die interessantesten Proteine sind für den Biochemiker die Enzyme Enzyme sind spezialisierte organische Substanzen, meist Polymere aus Aminosäuren, die als Biokatalysatoren wirken und im Stoffwechsel der Lebewesen fast alle – gewissermaßen die „Arbeitspferde“ der Zelle. Enzyme wirken als Katalysatoren, d. h. sie beschleunigen chemische Reaktionen.

Kohlenhydrate sind die wichtigsten Energielieferanten; sie enthalten Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Die grünen Pflanzen und manche Bakterien Der Begriff Bakterien (Bacteria) ist aus dem altgriechischem (bakterion = Stäbchen) abgeleitet und wird in der Mikrobiologie traditionell für alle stellen durch Photosynthese Die Photosynthese ist eine Stoffwechselreaktion chlorophyllhaltiger Organismen (grüne Pflanzen sowie einige Bakterien und Algen), bei der organische Verbindungen aus anorganischen einfache Kohlenhydrate (Traubenzucker) aus Kohlendioxid und Wasser her, wobei das Sonnenlicht die Energie liefert. Tiere nehmen Kohlenhydrate mit der Nahrung auf. Die Zellen bauen die Kohlenhydrate ab und gewinnen daraus Energie, oder sie verwenden die Moleküle als Rohmaterial und setzen sie zu anderen Verbindungen um. Lipide sind fettartige Verbindungen, die in der Zelle unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Manche werden als energiereiche Nährstoffe Nährstoffe dürfen weder mit den Begriffen Nährboden oder Nährmedien verwechselt werden. Mit Nährstoffe werden die Partikel bezeichnet, die sich als gespeichert, andere dagegen sind lebenswichtige Bausteine für die Zellmembran. Daneben findet man in den Zellen noch zahlreiche andere Moleküle mit vielfältigen Funktionen: Sie transportieren z. B. Energie durch die Zelle, fangen Sonnenenergie ein und machen sie für chemische Reaktionen nutzbar; außerdem dienen sie als Hilfsmoleküle (Cofaktoren) für die Enzymtätigkeit. Alle diese Moleküle und damit auch die ganze Zelle sind in ständigem Wandel begriffen. Eine Zelle bleibt nur dann gesund, wenn sie ununterbrochen Proteine, Kohlenhydrate und Lipide auf- und abbaut, beschädigte Nucleinsäuren repariert und Energie erzeugt und speichert. Diese aktiven, mit Energieumsatz verbundenen Vorgänge bezeichnet man in ihrer Gesamtheit als Stoffwechsel. Ein Hauptanliegen der Biochemie besteht darin, den Stoffwechsel so weit aufzuklären, dass man Veränderungen in den Zellen vorhersagen und beeinflussen kann. Zu den praktischen Anwendungen der biochemischen Forschung gehören Behandlungsmethoden für viele Stoffwechselkrankheiten, Antibiotika Seit den späten 1940-er Jahren werden Antibiotika in zunehmendem Maße zur gezielten Therapie von Infektionskrankheiten eingesetzt. Das erste Antibiotikum, das zur Bekämpfung von Bakterien und Methoden zur Produktionssteigerung in Industrie und Landwirtschaft. Diese Fortschritte wurden in den letzten Jahren durch die Gentechnik intensiviert.