Natur und Technik für den Pflichtschulabschluss: Chemische und biochemische Reaktion

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 . 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, aber auch weil fast alle biochemischen Reaktionen das Wasser brauchen, um überhaupt stattfinden zu können.