W przyrodzie występuje bardzo wiele rozmaitych komórek, różniących się wielkością, kształtem, a także ilością i rodzajem części składowych. Zmiany w strukturze komórek człowieka stanowią niejednokrotnie kryterium rozpoznania choroby. Odróżnienie poszczególnych organelli (struktur) w komórkach oglądanych pod mikroskopem optycznym ograniczone jest długością fali świetlnej, dlatego stosując go nie można wykryć np. Struktury cytoplazmy, widoczne jest tylko jądro komórkowe. Trudno jest jednak wyobrazić sobie uporządkowany przebieg oraz regulacje licznych powiązanych ze sobą, ale też często biegnących w przeciwnych kierunkach reakcji, bez podziału komórki na oddzielne przestrzenie, części składowe oraz struktury komórkowe. Przeciwnie, należy stwierdzić, że poszczególne przestrzenie są dobrze od siebie oddzielone i że nie każda substancja może te granice dowolnie przekraczać, czego skutkiem jest nierównomierne rozmieszczenie substancji w komórce. Tylko w ten sposób mogą w komórce przebiegać równolegle procesy syntezy i rozkładu. Mikroskopia elektronowa bardzo mocno przyczyniła się do poparcia tych przypuszczeń. Mikroskop elektronowy pozwala rozróżnić szczegóły o rozmiarach do ok. 1 nm, tj. jednej milionowej części milimetra. Przy tak dużym powiększeniu nie można już oglądać komórki jako całości, natomiast można rozpoznać pojedyncze cząsteczki. Dzięki mikroskopii elektronowej wykazano również, że mimo istnienia różnych rodzajów komórek ogólnych plan ich budowy jest podobny. Można zauważyć wiele różnic pomiędzy poszczególnymi typami komórek, lecz widoczne jest również podobieństwo zasad budowy.

Każda komórka jest wypełniona cytoplazma i otoczona błona komórkową, nie wykazującą sztywnej struktury. Może ona tworzyć wypuklenia, oddzielać je w formie blaszek i wchłaniać stopniowo do cytoplazmy. Proces ten, służący do pobierania zawieszonych w cieczy substancji z płynów komórkowych, zwany jest pinocytozą. W podobny sposób można sobie wyobrazić wydalanie określonych substancji. Taki proces zwany jest sekrecją (wydzielaniem). Retikulum endoplazmatyczne - cienka siatka błoniasta, przeplatająca komórką i mająca określony udział w strukturze cytoplazmy - łączy się z błona komórkową i otaczając jądro komórkowe ma kształt błony jądrowej , stanowi bezpośrednie połączenie między błoną komórkową a jądrem. Pomiędzy błonami retikulum endoplazmatycznego znajdują się organelle komórkowe, z których wymienić należy jądro komórkowe z jąderkami, mitochondria, lizosomy, rybosomy i tzw. Układ Golgiego. Komórki roślinne zawierają poza tymi organellami dodatkowo jeszcze chloroplasty. Aby uzyskać wskazówki , jakie pełnia funkcje poszczególne części składowe komórki należy je zbadać z jakich związków chemicznych są one zbudowane.

Błony otaczające komórkę i dzielące jej wnętrze:

Zapoznamy się z budowa błony, pojęcie błony stosowane pierwotnie tylko do zewnętrznej otoczki komórki, jest samo w sobie uniwersalne. Badania wykazały, że nie ma zasadniczych różnic w budowie błon komórkowych, błon jądrowych, mitochondrialnych i innych. Grubość błon waha się między 5 a 10 nm. Na podstawie badań udało się udowodnić trój warstwową strukturę wszystkich błon ; struktura taka była już postulowana na podstawie badań chemicznych i fizycznych. Te trzy warstwy składają się kolejno z białek - tłuszczów-białek. Ponieważ białka są ze względu na swoją strukturę hydrofilowe, tłuszcze natomiast na ogół polarne, tzn. Częściowo hydrofilowe (nie łączą się z cząsteczkami wody), trzeba sobie strukturę wyobrazić następująco: warstwa tłuszczowa (lipidowa) jest dwucząsteczkowa, przy czym części hydrofobowe obu cząsteczek ułożone są naprzeciw siebie. Taka budowa błon wydaje się jednak jednolita tylko przy mniej szczegółowych obserwacjach. Dokładne badania wykazują, że poszczególne typy błon różnią się między sobą zawartością różnych tłuszczowców i białek. Skład błon może się zmieniać nawet w zależności od środowiska. Zróżnicowane funkcje poszczególnych typów błon (transport substancji, synteza białek, reakcje dostarczające energię i in.) uzależnione są z pewnością od składu i przestrzennego uporządkowania substancji budulcowych.

Tłuszcze: inaczej lipidy szczególnie wbudowanych w błony, najłatwiej zrozumieć, zapoznając się z ich budową chemiczną. Związki te często określane jako lipidy są estrami kwasów tłuszczowych (w przyrodzie na ogół o parzystej liczbie atomów C, od 12 do 24) i alkoholi. Kwasy tłuszczowe są pochodnymi węglowodorów alifatycznych o łańcuchach prostych, których ostatni atom C jest utleniony do grupy karboksylowej (-COOH). Występujące w przyrodzie kwasy tłuszczowe zawierają często kilka wiązań podwójnych. Ponieważ wraz ze spadkiem liczby podwójnych wiązań i wzrostem długości łańcucha kwasu tłuszczowego wzrasta temperatura topnienia, w przyrodzie występuje cała gama tłuszczów o różnych punktach topnienia. Z chemicznego punktu widzenia odmienne od tłuszczów prostych, składających się tylko z alkoholu i kwasów tłuszczowych, są tłuszcze złożone i sterydy, które określamy również jako tłuszczowce. Do tłuszczów prostych należą obok wosków przede wszystkim tłuszcze obojętne, które najczęściej stanowią ważny materiał zapasowy organizmów oraz są składnikami tłuszczów jadalnych. Tłuszcze obojętne są estrami kwasów tłuszczowych i glicerolu. W przeciwieństwie do nich, tłuszcze złożone oraz sterydy pełnią ważną rolę w budowie błon. Wśród tłuszczowców tych rozróżniamy estry glicerolowe i estry sfingozynowe, które zawierają sfingozynę jako alkohol. W skład błon aktywnych w przemianach metabolicznych wchodzą obok najważniejszego przedstawiciela sterydów - cholesterolu-inne typy pochodnych glicerolu, takie jak lecytyna , kefalina i kardiolipina.

Maja one zdecydowanie silniej zaznaczony charakter polarny niż tłuszcze obojętne. Kefaliny zawierają zamiast choliny inne zasady azotowe, wzór strukturalny kefaliny jest podobny do wzoru lecytyny. W błonach znajdują się również same kwasy fosfatydowe, bez zasad azotowych przy resztach kwasu fosforowego. Przedstawicielem takich nie zawierających azotu fosfolipidów jest kardiolipina. Zupełnie inną budowę chemiczną ma cholesterol; jest on związkiem o szkielecie sterolowym. Zawiera grupę -OH, która tworzy wiązania estrowe z kwasami tłuszczowymi, zwłaszcza z kwasami nienasyconymi. Cholesterol jest również substancją wyjściową w systemie wielu innych związków należących do grupy sterydów. Wiele nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych może być podstawnikiem w estrach glicerolowych, jak również w estrach cholesterolowych, dlatego też istnieje ogromna liczba kombinacji kwasów tłuszczowych, które mogą być charakterystyczne dla poszczególnych gatunków organizmów żywych.

Estry sfingozynowe kwasów tłuszczowych znajdują się prawie we wszystkich błonach, w największej ilości jednak w tzw. Błonach czynnych w przemianach metabolicznych. Przedstawicielami tej grupy estrów są: 

  • mielina występująca we włóknach nerwowych
  • sfingomielina
  • gangaliozydy; również one maja budowę polarną.

Cerebrozydy i gangliozydy określane są często jako glikolipidy, ponieważ zawierają dodatkowo w cząsteczce węglowodan (glukozę, galaktozę lub inne).

Białka: znaczenie białek polega nie tylko na tym, że są jednym ze składników błon, znajdują się bowiem we wszystkich częściach komórki. Z właściwościami białek związane są ściśle właściwości materii ożywionej. Białka zwane też proteinami, są to makrocząsteczki różnej wielkości o ciężarach cząsteczkowych od kilku tysięcy do kilku milionów. Białka złożone są z małych cząsteczek połączonych ze sobą w różnych proporcjach. Tymi cegiełkami składającymi się na cząsteczkę białkową są aminokwasy, pochodne kwasów tłuszczowych, które maja przy drugim atomie węgla grupę aminową (-NH2).

Jednocześnie obecność grupy kwasowej (-COOH) i zasadowej (-NH2) umożliwia aminokwasom łączenie się zarówno z zasadami jak i kwasami. Ten typ wiązań występuje w cząsteczkach białka, przy czym zawsze grupa karboksylowa jednego aminokwasu łączy się z grupą aminową drugiego. Tego rodzaju wiązanie nazywamy wiązaniem peptydowym, a cząsteczki zbudowane w ten sposób z niewielkiej liczby aminokwasów nazywamy peptydami. Białka zatem należy uważać za wielocząsteczkowe polipeptydy. Białka są to zatem cząsteczki łańcuchowe, zbudowane z dwudziestu rodzajów aminokwasów różniących się między sobą "resztą". Większość białek zawiera w sumie ponad 100 aminokwasów, każdy z 20 podstawowych aminokwasów w innej ilości. Niektóre spośród normalnie występujących aminokwasów nie biorą udziału w budowie poszczególnych białek. Z przytoczonych faktów wynika, że ogromna liczba możliwych składów białek; wzrasta ona jeszcze bardziej, jeżeli się weźmie pod uwagę, że kolejność aminokwasów w łańcuchu białka jest zmienna. Nawet peptyd zbudowany z 20 aminokwasów, którego nie możemy nazwać jeszcze białkiem, daje 2,4 tryliona możliwości różnej kolejności aminokwasów. Komórka bakteryjna, która jest w porównaniu do komórek roślinnych lub zwierzęcych stosunkowo mała, zawiera łącznie około 1 mln cząsteczek od 1 tyś do 10 tyś różnych rodzajów białek. Kolejność, czyli sekwencja aminokwasów w białkach, zwana też strukturą pierwszorzędową białek, nie jest przypadkowa, lecz ściśle określona i charakterystyczna dla danego białka. Wymiana aminokwasów możliwa jest tylko w określonych warunkach . Mnogość możliwości struktury pierwszorzędowej białek zgodna jest z naszymi wiadomościami o rodzajach białek występujących w przyrodzie i z naszymi oczekiwaniami. Przy dużej liczbie gatunków istot żywych na kuli ziemskiej i przy jeszcze większej liczbie przedstawicieli każdego gatunki typowy jest dla życia materiał budulcowy, jakim jest białko, musi cechować fantastyczna zmienność. Białka mają właśnie tę cechę. Struktura pierwszorzędowa niektórych białek np. enzymu, składa się ze 124 aminokwasów Oznaczenie sekwencji aminokwasów w białku jest bardzo trudne, rozkłada się w tym celu białka do peptydów. Rozkład taki zachodzi za pomocą enzymów, które rozłączają łańcuch peptydowy w ściśle określonych miejscach Według struktury pierwszorzędowej cząsteczki wszystkich białek powinny mieć postać długich cienkich nici, przy czym można by oczekiwać niewielkiej stabilności ich struktury. W rzeczywistości jest wprost przeciwnie. Białka są w większości tworami trójwymiarowymi, których struktura może być uszkodzona tylko ogrzaniem do temperatury powyżej 50-60ºC. Lub pod wpływem działania czynników chemicznych. Przyczyn uporządkowania przestrzennego należy szukać w dodatkowych komponentach strukturalnych, które określamy jako strukturę drugo- lub trzeciorzędową. Wzrost stabilności łańcucha peptydowego powinno się osiągnąć, gdy dwa łańcuchy cząsteczek leżące obok siebie , utworzą wiązania w postaci mostków wodorowych między tlenem grupy - CO i azotem. Kąty między wartowościami atomów układają się wówczas w strukturę "pofałdowanej kratki", przy czym reszty aminokwasów musiałyby występować poza krawędź istniejącej w wyobraźni "pofałdowanej kartki". Taka strukturę spotyka się w niektórych włóknach białkowych (jedwab, niektóre białka rogów i mięśni).

Amerykańscy chemicy wykazali , że takie same mostki wodorowe, powodujące wzrost stabilności mogę się tworzyć w pojedynczej cząsteczce włókienkowej, jeżeli ta cząsteczka kręci się jak spirala wokół "niewidzialnego walca". Tego typu strukturę określa się jako spiralę (heliks) Reszty aminokwasów są przy tym zawsze skierowane na zewnątrz walca. Grupy -CO jednego skrętu mogą tworzyć mostki wodorowe z azotem kolejnego, niższego skrętu wtedy, gdy 18 aminokwasów tworzy dokładnie 5 skrętów, Struktura spirali, która zapewnia łańcuchowi peptydowemu stabilność, uważana jest za właściwą drugorzędową strukturę białek.

Pod nazwa struktura trzeciorzędowa rozumiemy ułożenie przestrzenne spirali. Określone następstwo aminokwasów powoduje rozwinięcie spirali i umożliwia w ten sposób pozaginanie owego "niewidzialnego walca" owiniętego spiralą w twór trójwymiarowy. W skutek tego Określone tej samem łańcuchowej cząsteczki krzyżują się w przestrzeni i zbliżają do siebie. W miejscach zbliżenia powstają warunki do tworzenia się dodatkowych wiązań, łączących reszty aminokwasowe wystające poza "walec" spirali. Takimi wiązaniami mogą być mostki dwusiarczkowe między dwiema ułożonymi naprzeciw siebie resztami cysteiny, albo też wiązania jonowe między przeciwnie naładowanymi resztami i inne. Wielkość cząsteczek, ich kształt i ładunek są najważniejszymi właściwościami predestynującymi cząsteczki białek wykonywania określonych funkcji, np. Strukturalnych lub bardzo swoiście katalitycznych. Właściwości te zależą w białkach od liczby i kolejności aminokwasów występujących w danej cząsteczce; mogą mieć na nie wpływ także czynniki zewnętrzne, np. Stężenie jonów wodorowych . Biochemia nie jest w stanie podać dokładnej charakterystyki każdego białka.