Az anyagcsere
Az anyagcsere az élő szervezet, minden élő sejt legjellegzetesebb, alapvető sajátsága. Az élő szervezet lélegzésével, táplálkozásával, egész életműködésével tevékeny részese környezetének
A belélegzett levegőt, a felvett táplálékot feldolgozza, átalakítja, s helyettük más anyagokat juttat vissza. Ahol élettevékenység van, ott az anyagok szüntelen körforgásával is találkozunk. Innen ered e folyamatokat összegző elnevezés is: anyagcsere. Tyimirjazev a biológia egyik legnagyobb alakja, az anyagcsere fogalmát így határozza meg: "A szervezet jellemző, alapvető sajátossága, mely megkülönbözteti az élőt az élettelentől, abban áll, hogy saját anyagai és a külső környezet között állandó anyagcserét folytat. A szervezet állandóan anyagot vesz fel, azt önmagához hasonlóvá alakítja át, majd ismét átalakítja és kiválasztja".
Anyagcsere nélkül elképzelhetetlen az élet. A különböző szervezetek kialakulásával párhuzamosan az anyagcsere folyamatok számtalan változata fejlődött ki. A szervezetek alkalmazkodása lényeges hatást gyakorolt anyagcsere folyamatainkra is. Minél magasabb rendű a szervezet, annál kifinomultabb, bonyolultabb rendszerek, folyamatok biztosítják élettevékenységét.
Ha az élő szervezetet csupán gépezetnek tekintenénk, akkor a felvett anyagok képeznék e gépezet üzemanyagát. Egy ember élete folyamán hihetetlen mennyiségű tápanyagot vesz fel és fogyaszt el. Kiszámították, hogy egy átlagos ember 60 év alatt mintegy 75 tonna vizet, 17,5 tonna szénhidrátot, 3 tonna zsírt és 2,5 tonna fehérjét fogyaszt el.
Az élőlények nem stabil rendszerek. Molekuláik energiadúsak, belső rendezettségük nagy, belsejükben anyagok áramlanak, ha mozognak, akkor munkát végeznek, növekedésükhöz és szaporodásukhoz pedig újabb anyagok beépítése szükséges. Ennek az energiaigényes állapotnak a fenntartásához a környezetükből kell az energiát felvenniük. Az energia nem áramlik folyamatosan az élőlénybe, ezért minden élőlénynek energiaraktárakat kell fenntartania. Az élőlények a felvett energiát szerves anyagok főleg lipidek és szénhidrátok formájában raktározzák. Az emberek a felvett tápanyagokat lebontják és a lebontott anyagok kémiai kötéseiben lévő energiával működtetik szervezetüket. Az éppen szükségesnél több energia főleg zsírmolekulákban raktározódik. Tápanyagszegény időszakban a raktározott zsír bontásából kapott energiával tartják fenn magukat. Az ATP-t használják energiaraktározásra. AZ ATP-ben csak kevés energia raktározódik, de minden egyéb szerves molekula energiája csak az ATP-n keresztül hasznosítható a sejt számára.
Az élőlények energiaforgalma nem választható el az anyagforgalomtól. Az energia megkötéséhez főleg szénre és hidrogénre van szükség. Az ember szénforrása a táplálkozással felvett szerves anyag. Ugyanezt a szerves anyagot használjuk hidrogén- és energiaforrásként. Ennek a táplálkozásnak az előnye, hogy a szerves anyag egyben anyag- és energiaforrás. Felépített molekuláinkat le tudjuk bontani. A lebontás egyik célja az energianyerés, másik célja az anyagok átépítése.
A szerves anyagok minden típusának lebontása egy közös útra terelődik, ez pedig a glükóz lebontása. Lebontásnál mindig energia szabadul fel ezt pedig mindig az ATP veszi fel és viszi a felhasználás helyére. A lipidek a lebontó folyamatok során glicerinre és zsírsavra bomlanak. A szénhidrátok monoszacharidra, főleg glükózra bomlanak. A fehérjék aminosavra hasadnak. A glükóz teljes lebontásához oxigénre is szükség van, ez pedig a légzési oxigén. A tápanyagok tökéletes lebontásához tehát az élőlénynek oxigént kell felvennie, azaz lélegeznie kell.
Azonban kerülhetnek a soksejtű élőlény sejtjei oxigénhiányos állapotba, ezért bizonyos sejtek vagy szervezetek képesek oxigén hiányában is energiát termelni. Ilyenkor a lebontás nem tud teljesen végbemenni, csak kisebb szerves molekulák képződnek, mint például a tejsav (izomláz). Természetesen ekkor jóval kevesebb energia szabadul fel.
A szerves anyagot felépítő folyamatok célja egyrészt az energiaraktározás (lipidek, szénhidrátok), másrészt az élőlény létének működéséhez, létének továbbadásához szükséges anyagok (enzimek, örökítőanyagok) előállítása, harmadrészt pedig a különböző anyagok átépítése.
A felépítő folyamatok mindig energiaigényesek. A felépítő folyamatok fő iránya a glükóz felépítése, ez a fotoszintézis. Ezt a folyamatot csak a növények végzik, de a többi anyag felépítése is ebből a fő útból ágazik ki. A fotoszintézis lényege, hogy a növény szén-dioxidból és vízből a fényenergia befektetésével glükózt állít elő. A fotoszintézis végterméke a glükóz, az összes többi anyagot az élőlények ebből a glükózból állítják elő. Az emberi szervezet a tápanyaggal felvett vegyületek egy részét teljesen lebontja, ebből szerzi az energiát. A felvett táplálék másik részét csak köztes termékig bontja, ebből indulnak ki a felépítő folyamatok.