1. Biomoleküle und ihre Wechselwirkungen

Das Leben ist im Wasser entstanden, und Wasser ist der quantitativ wichtigste Bestandteil aller Lebewesen. Wasser ist das Lösungsmittel, in welchem die molekularen Lebensvorgänge ablaufen. Die Trockensubstanz der Zellen besteht vorwiegend aus biologischen Makromolekülen (ausnahmslos Polymere aus einfachen Bausteinen: Proteine, Nucleinsäuren, Oligo- und Polysaccharide) und Lipiden; niedermolekulare Verbindungen und anorganische Ionen bilden einen wesentlich geringeren Anteil. Das Zusammenspiel der Biomoleküle wird in erster Linie durch nichtkovalente Wechselwirkungen und hydrophobe Effekte vermittelt. Nucleinsäuren sind die Träger der genetischen Information; Proteine sind die molekularen Maschinen, welche den Phänotyp, das Erscheinungsbild der Organismen, erstellen und in Gang halten. Ein hochkomplexes regulatorisches Netzwerk steuert die mannigfaltigen Lebensvorgänge. Die Lebewesen sind thermodynamisch offene Systeme, die nicht im Gleichgewicht mit ihrer Umgebung stehen. Sie beziehen Energie von außen, um ihre hohe innere Ordnung herzustellen und zu erhalten. Die molekularen Grundzüge einfacher Bakterien und menschlicher Zellen sind einander bemerkenswert ähnlich.