Chemische Grundlagen der Biologie

Materie besteht aus chemischen Elementen, die in reiner Form und in Form chemischer Verbindungen vorkommen

Chemische Elemente und chemische Verbindungen

Ein chemisches Element ist ein Stoff, der durch chemische Umsetzungen nicht weiter zerlegt werden kann. Das Periodensystem der Elemente umfasst heute mehr als 100 chemische Elemente. Jedem chemischen Element ist ein eindeutiges Elementsymbol zugewiesen, durch das es in Formeln wiedergegeben wird.

Eine chemische Verbindung ist ein reiner Stoff, der aus zwei oder mehr Elementen besteht. Kochsalz etwa ist die Verbindung Natriumchlorid (NaCI), also eine chemische Verbindung des Metalls Natrium mit dem giftigen Gas Chlor im Teilchenzahlverhältnis 1:1 (=> Abbildung 2.1).

Chemische Elemente, die essenziell für das Leben sind

Rund zwei Dutzend der über hundert chemischen Elemente sind unabdingbare Bestandteile von Lebewesen. Vier davon - Kohlenstoff (C), Sauerstoff (0), Stickstoff (N) und Wasserstoff (H) - machen etwa 96 Prozent der belebten Materie aus. Phosphor (P), Schwefel (S), Calcium (Ca), Kalium (K) und einige weitere Elemente machen den Großteil der verbleibenden vier Prozent der Masse eines Lebewesens aus.

Spurenelemente (Chrom (Cr), Cobalt (Co), Eisen (Fe), Fluor (F), Jod (I), Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Selen (Se), Silicium (Si), Vanadium (V), Zinn (Sn) und Zink (Zn)) werden von einem Lebewesen nur in sehr geringen Mengen benötigt. Einige Spurenelemente, wie etwa das Eisen (Fe), werden von allen Lebensformen benötigt, andere dagegen nur von bestimmten Organismen.

Die Eigenschaften eines chemischen Elementes hängen vom Aufbau seiner Atome ab

Ein Atom ist die kleinste Einheit der Materie, die noch die typischen Eigenschaften des Elementes erkennen lässt. Atome sind so winzig, dass mehr als eine Million von ihnen aufgereiht werden müssten, um den Durchmesser des Punktes am Satzende darzustellen. Atome werden in Formeln mit den Elementsymbolen dargestellt.

Subatomare Teilchen

Selbst die winzigen Atome bestehen ihrerseits aus noch kleineren Teilen, den Elementarteilchen Neutronen, Protonen und Elektronen Jedes Proton besitzt eine positive elektrische Ladung, jedes Elektron eine negative. Das Neutron ist ungeladen.

Protonen und Neutronen lagern sich im Atom zum Atomkern zusammen Die AK .‘I⁰T^{n halten SICh m}'’^{einer bestimmten} Wahrscheinlichkeit in bestimmten bstanden vom Atomkern auf. Abbildung 2.2 zeigt zwei einfache Modelle der Heliumatomstruktur als Beispiele.

Abbildung 2.1: Eine chemische Verbindung zeichnet sich durch Eigenschaften aus. welche die beteiligten Elemente nicht haben

VERSTÄNDNISFRAGEN

• 1. Erläutern Sie die Eigenschaften des Kochsalzes im Vergleich zu denen von Natrium und Chlor.
• 2. Was wäre, wenn’ Eisen (Fe) ist ein Spurenelement, das für die ordnungsgemäße Funktion des Blutfarbstoffs Hämoglobin, der in den roten Blutzellen den Sauerstoff gebunden hält, notwendig ist. Wie wurde sich ein Eisenmangel bemerkbar machen?

Abbildung 2.2: Einfache Modelle eines Heliumatoms. Diese Modelle sind nicht maßstabsgetreu, sondern stellen den Atomkern im Vergleich zur Elekuonenhülle viel zu groß

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Kohlenstoffisotops ^,2C. Es entspricht 1,6605402 X 10-²«g. Das Kohlenstoffisotop ^,JC ist die „Atomsorte des Kohlenstoffs mit 6 Protonen und 6 Neutronen im Kern. Die Masse eines Elektrons beträgt nur etwa 1/2000stel der eines Neutrons oder Protons.