Biochemie ist das Studium der chemischen Prozesse und Reaktionen, die in lebenden Organismen stattfinden. Es kann als eine Unterabteilung sowohl der Chemie als auch der Biologie angesehen werden, obwohl die darin verwendeten Fähigkeiten und Techniken großen Wert auf die traditionelle Chemie legen.
Lange Zeit glaubte man, dass lebende und nicht lebende Materie grundsätzlich verschieden seien. Die meisten Wissenschaftler glaubten, dass nur Lebewesen aus anderen biologischen Molekülen, die über die Nahrung aufgenommen werden, spezielle biologische Moleküle herstellen könnten. Es wurde angenommen, dass diese Moleküle mit einer „Lebenskraft“ durchdrungen sind, die das Leben ermöglicht. 1828 machte der deutsche Chemiker Friedrich Wöhler dem ein Ende, indem er versehentlich den organisch-chemischen Harnstoff – einen Hauptbestandteil des Urins – aus anorganischen Vorläufern synthetisierte. Das Gebiet der Biochemie war geboren.
Seit 1828 haben Studien auf diesem Gebiet den Wissenschaftlern Erkenntnisse darüber gebracht, wie Pflanzen Energie aus der Sonne gewinnen (Photosynthese); wie Tiere Glukose in die Energiewährung des Körpers, ATP (Glykolyse), umwandeln; warum die Muskeln brennen, wenn eine Person kräftig trainiert (Produktion von Milchsäure); wie Proteine in der Zelle synthetisiert werden (Proteinexpression); und vieles mehr. Da Lebewesen aus der Sicht vieler Menschen die nützlichsten und wichtigsten Anordnungen der Materie auf der Erde darstellen, hat das Wissen um ihr Innenleben nützliche Anwendungen in vielen Bereichen, einschließlich in der Medizin, Landwirtschaft und Molekularbiologie.
Einige von Biochemikern untersuchte Moleküle umfassen Kohlenhydrate, Proteine, Lipide und Nukleinsäuren. Die meisten davon sind organische Polymere, das heißt, sie bestehen hauptsächlich aus einfachen molekularen Mustern (Monomeren), die sich in einer Kette mehrfach, manchmal tausendfach wiederholen. Die wichtigsten Elemente in organischen Verbindungen sind Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Kalzium und Phosphor, mit Spuren von Chlor, Schwefel, Kalium, Natrium, Magnesium, Eisen und einigen anderen.
Viele der Moleküle im Körper, einschließlich der Kohlenhydrate und Proteine, haben strukturelle Funktionen. Proteine werden direkt nach genetischen Anweisungen hergestellt und gehören zu den komplexesten organischen Molekülen. Nukleinsäuren sind die Bausteine genetischer Instruktionen (DNA und RNA), die in allen Lebensformen vorkommen, vom Menschen bis zum Virus. Das eindeutige Muster von Nukleinsäuren, das in den Zellkernen einer Spezies gefunden wird, wird ihr Genom genannt. Dann sind da noch die Lipide, der Sammelbegriff für viele nicht wasserlösliche Biomoleküle. Das Fett im Körper besteht aus Lipiden.
Biochemie wird täglich von Zehntausenden von Fachleuten studiert. Sie versuchen, besser zu verstehen, wie das Leben funktioniert und wie Menschen es sowohl schützen als auch nutzen können, um das Leben zu verbessern.