Die modernen Naturwissenschaften
erforschen und beschreiben häufig gleiche Objekte aus unterschiedlichem
Blickwinkel. So können beispielsweise bestimmte Lebenserscheinungen
aus chemischer und biologischer Sicht erforscht werden. Die Naturwissenschaften
haben einen Objektbereich - nämlich die Natur.
Zur Natur zählen alle materiellen Gegenstände, Strukturen und
Prozesse in der unendlichen Mannigfaltigkeit ihrer Erscheinungsformen. Problematisch
bzw. fast unmöglich hierbei gestaltet sich mittlerweile eine klare
Abgrenzung dieser Wissenschaftsbereiche. So erfolgt zwar eine Schwerpunktsetzung
und die Herausstellung eines Hauptuntersuchungsfelds, jedoch werden immer
mehr (und das auch gewünscht) inhaltliche und methodische Überschneidungen
existieren.
Für die Biologie ist z. B. die Frage von Interesse, wie ein Fisch
an die Lebensbedingungen im Wasser angepasst ist oder welche Nahrung er
aufnimmt. Eine chemische Fragestellung wäre die nach der Qualität
des Wasser und seiner Zusammensetzung.
Schon die Frage nach der Entstehung
des Lebens lässt die Wissenschaften Biologie und Chemie untrennbar
zusammenrücken.
STANLEY LLOYD MILLER (1930-2007) simulierte in einer Experimentalanordnung
die vermutete Zusammensetzung der Erd-Uratmosphäre, indem er Wasserstoff
mit Methan, Schwefelwasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Ammoniak mischte
und in dieses Gemisch elektrische Funkenentladungen ("Blitze")
einschlagen ließ. Die dabei entstandenen Gase wurden in einer wässrigen
Phase aufgefangen. Nach mehreren Versuchszyklen konnten Ameisensäure,
Essigsäure, Harnstoff und Aminosäuren - einfache Bausteine des
Lebens - nachgewiesen werden. Damit war bewiesen, dass unter Bedingungen,
wie sie auf der Urerde geherrscht haben könnten, Bausteine des Lebens
entstehen konnten.
Neben Kohlenstoff sind nur wenige Elemente des Periodensystems, wie z. B.
Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel, in organischen
Verbindungen vertreten. Sie dienen als Baustoffe für Lebewesen: Kohlenhydrate,
Proteine, Nucleinsäuren, Lipide und einige andere.
In der Biochemie sind Biologie und Chemie besonders stark miteinander
verknüpft.
Biochemie
Nach der wissenschaftlichen Fundierung der Chemie am Ende des 19. Jahrhunderts begann sich sehr schnell die Brückendisziplin Biochemie
zu entwickeln, die ursprünglich mit den Methoden der Chemie die Zusammensetzung
und Funktion von Lebewesen bzw. Teilen derselben untersuchte. Zunächst
war die Biochemie weitgehend identisch mit Naturstoffchemie und organischer
Chemie, später rückten Stoffwechselvorgänge in den Blickpunkt
des Interesses.
Durch die Möglichkeit, Naturstoffe zu isolieren und ihre Struktur
aufzuklären, schließlich sogar synthetisch nachzubilden, gelang
es immer besser, Stoffwechselwege in Organismen chemisch zu verstehen.
Im Stoff- und Energiewechsel vollziehen sich vielfältige biochemische
Reaktionen. Es erfolgen Stoffaufbau, Umbau und Abbau. Sir HANS ADOLF KREBS
(1900-1981) klärte so entscheidende Stoffwechselzyklen, wie den Harnstoffzyklus
(1932) und - zusammen mit anderen Biochemikern - den Citronensäurezyklus
auf.
Die Biochemie ist eine traditionelle Wissenschaft, welche die chemischen Vorgänge innerhalb der Lebenserscheinungen (Biologie) untersucht. Dazu zählt auch der molekulare Aufbau der Lebensvorgänge lebender Organismen und Teile von ihnen. Aber auch die bei den Lebensvorgängen ablaufenden Reaktionen einschließlich aller organischen und anorganischen Substanzen des Organismus gehören dazu.
1845 formulierte JULIUS ROBERT MAYER (1814-1878) zum ersten Mal, dass
Pflanzen Sonnenenergie in chemische Energie umwandeln.
JEAN B. BOUSSINGAULT (1802-1887) konnte 1864 nachweisen, dass bei der
Fotosynthese etwa gleich viel Sauerstoff freigesetzt wie 
verbraucht wird.
Der Physiologe ARCHIBALD V. HILL (1886-1977) konnte mit
isolierten Chlorophyllkörnern grüner Blätter durch Zugabe
eines Oxidationsmittels die Spaltung von Wasser und die Abtrennung von
Sauerstoff erreichen (HILL-Reaktion). Er bewies, dass die 
und die 
zwei getrennte Teilreaktionen der Fotosynthese sind.
OTTO HEINRICH WARBURG (1883-1970) entwickelte mit dem "WARBURG-Manometer"
eine neue Technik der quantitativen Messung von Gasentwicklungen bei Stoffwechselvorgängen.
Damit gelang ihm die weitgehende Aufklärung der biochemischen Vorgänge
bei der Zellatmung und bei Gärungen.
Die weitgehende Aufklärung der Lichtreaktionen der Fotosynthese gelang
DANIEL I. ARNON (1910-1994) in den 50er-Jahren. Der amerikanische Biochemiker
MELVIN CALVIN (1911-1997) klärte zwischen 1950 und 1960 den Reaktionszyklus
auf, der zur Fixierung des Kohlenstoffdioxidmoleküls als Zucker in
der Zelle führt.
Die biochemische Aufklärung betrifft also Struktur,
Zusammensetzung und Zusammenwirken von Molekülen, die Lebewesen aufbauen.
Die Untersuchungsmethoden wurden ursprünglich aus der Chemie übernommen,
mittlerweile überschneiden sich mathematische, physikalische, biologische
und chemische Methoden je nach Zielstellung der Untersuchung in ihrer
Anwendung. Nach der Erforschung der Stoffwechselvorgänge unter Berücksichtigung
der beteiligten Enzyme liegt der Schwerpunkt der Biochemie heute bei der
Aufklärung biochemischer Prozesse auf intra- und interzellulärer
Ebene.