Unter Stoffwechsel versteht man alle chemischen Prozesse im einem Organismus, der zur Umwandlung (Anabolismus, Katabolismus) von Stoffen führt. Der Stoffwechsel ist somit verantwortlich für die Aufnahme, den Transport und die chemische Umwandlung von Stoffen in einem Organismus. Einige der Stoffwechselreaktionen sind zwar auch im “Reagenzglas” möglich”, die Kombination der miteinander vernetzen (Stoffwechsel-)Reaktionen ist aber nur innerhalb lebender Zellen möglich. Aus diesem Grund sollte man sich zuerst die Zusammensetzung un den Aufbau von Zellen ansehen.
Untersucht man Zellen mithilfe moderner analytischer Meßmethoden auf den Massenanteil der in den Zellen enthaltenen Elemente bzw. Atomarten, so lässt sich feststellen, dass die Zellen immer wieder sehr ähnlich Werte als Ergebnis liefern.
So ist der Massenanteil von Sauerstoffatomen bei 65%, von Kohlenstoffatomen bei 18,6%, von Wasserstoffatomen bei 9,4%.
Der Massenanteil an Stickstoffatomen beträgt 3,3%, Calciumatome 1,5%, und Phosphoratome 1%. Die restlichen 1,2% setzen sich aus anderen Atomarten wie z.B. Schwefel zusammen. Daneben finden sich noch die sog. Spurenelemente (die weniger als 0,01% Massenanteil ausmachen) wie Eisen oder Kupfer.
Wichtige Bestandteile der Zelle (tierische und menschliche Zelle) sind die Zellmembran, das Zellplasma sowie die Zellorganellen Zellkern, Mitochondrien und Ribosomen.
Daneben befinden sich noch in der Zelle das endoplasmatische Reticulum, dass ein Netzwerk aus Membranen ist. Die Aufgabe des endolasmatischen Reticulum ist die Bildung von Proteinen und der Transport innerhalb der Zelle. Die gebildeten Proteine werde im endoplasmatischen Reticulum durch die Zelle transportiert und werden meistens im Golgi-Apparat gespeichert oder umgewandelt. Das sog. Cytoskelett stabilisiert die Form der Zelle und hält die Zellorganellen (Zellkern, Mitochondrien und Ribosomen) an ihrem Platz.
Untersucht man die verschiedenen Moleküle der Zellbausteine mittels strukturbildender Messverfahren, so lässt sich feststellen, dass diese Moleküle aus einem Grundgerüst aus miteinander verbundenen Kohlenstoffatomen bestehen. Dabei kann diese Kohlenstoffkette geradlinig, verzweigt oder ringförmig sein. Dies erklärt u.a. die Vielfalt dieser Moleküle. Obwohl die Wasserstoffatome nur einen Masseanteil von ca. 9-10% in der Zelle aufweisen, sind sie der häufigste Bindungspartner der Kohlenstoffatome (H-Atome haben im Vergleich zu den anderen Atomen ein geringes Gewicht). Durch die Bindung des Kohlenstoffgerüsts mit anderen Atomen, wie Phosphoratomen oder Sauerstoffatomen, entstehen die Biomoleküle mit den verschiedenen Eigenschaften, die für die Lebensfähigkeit der Zellen notwendig sind.