Unitatea vieții
La nivel de organizare celulară, principalele procese chimice ale întregii materii vii sunt similare, dacă nu identice. Acest lucru este valabil pentru animale, plante, ciuperci sau bacterii; acolo unde apar variații (cum ar fi, de exemplu, în secreția de anticorpi de către unele mucegaiuri), procesele variante nu sunt decât variații pe teme comune. Astfel, toată materia vie este alcătuită din molecule mari numite proteine, care asigură suportul și mișcarea coordonată, precum și stocarea și transportul moleculelor mici și, în calitate de catalizatori, permit ca reacțiile chimice să aibă loc rapid și specific la temperaturi blânde, concentrații relativ scăzute și în condiții neutre (adică nici acide, nici bazice). Proteinele sunt asamblate din aproximativ 20 de aminoacizi și, la fel cum cele 26 de litere ale alfabetului pot fi asamblate în moduri specifice pentru a forma cuvinte de diferite lungimi și semnificații, tot astfel, zeci sau chiar sute de „litere” din cele 20 de aminoacizi pot fi unite pentru a forma proteine specifice. Mai mult, acele porțiuni ale moleculelor de proteine implicate în îndeplinirea unor funcții similare în organisme diferite cuprind adesea aceleași secvențe de aminoacizi.
Există aceeași unitate între celulele de toate tipurile în modul în care organismele vii își păstrează individualitatea și o transmit urmașilor lor. De exemplu, informația ereditară este codificată într-o secvență specifică de baze care alcătuiesc molecula de ADN (acid dezoxiribonucleic) din nucleul fiecărei celule. La sintetizarea ADN-ului se folosesc doar patru baze: adenina, guanina, citozina și timina. La fel cum codul Morse este format din trei semnale simple – o liniuță, un punct și un spațiu – a căror dispunere precisă este suficientă pentru a transmite mesaje codificate, tot astfel, dispunerea precisă a bazelor din ADN conține și transmite informațiile pentru sinteza și asamblarea componentelor celulare. Cu toate acestea, unele forme de viață primitive folosesc ARN (acid ribonucleic; un acid nucleic care diferă de ADN prin faptul că conține zahărul riboză în loc de zahărul dezoxiriboză și baza uracil în loc de baza timină) în locul ADN-ului ca purtător principal al informațiilor genetice. Cu toate acestea, replicarea materialului genetic în aceste organisme trebuie să treacă printr-o fază ADN. Cu mici excepții, codul genetic utilizat de toate organismele vii este același.
Reacțiile chimice care au loc în celulele vii sunt, de asemenea, similare. Plantele verzi folosesc energia luminii solare pentru a transforma apa (H2O) și dioxidul de carbon (CO2) în carbohidrați (zaharuri și amidon), alți compuși organici (care conțin carbon) și oxigen molecular (O2). Procesul de fotosinteză necesită energie, sub formă de lumină solară, pentru a scinda o moleculă de apă în jumătate de moleculă de oxigen (O2; agentul oxidant) și doi atomi de hidrogen (H; agentul reducător), fiecare dintre aceștia disociindu-se într-un ion de hidrogen (H+) și un electron. Printr-o serie de reacții de oxidare-reducere, electronii (notați e-) sunt transferați de la o moleculă donatoare (oxidare), în acest caz apa, la o moleculă acceptantă (reducere) printr-o serie de reacții chimice; această „putere reducătoare” poate fi cuplată în cele din urmă la reducerea dioxidului de carbon până la nivelul carbohidraților. De fapt, dioxidul de carbon acceptă și se leagă cu hidrogenul, formând carbohidrați (Cnn).
Organismele vii care au nevoie de oxigen inversează acest proces: ele consumă carbohidrați și alte materiale organice, folosind oxigenul sintetizat de plante pentru a forma apă, dioxid de carbon și energie. Procesul care îndepărtează atomii de hidrogen (care conțin electroni) din carbohidrați și îi trece la oxigen este o serie de reacții care produc energie.
La plante, toate etapele procesului care transformă dioxidul de carbon în carbohidrați, cu excepția a două, sunt aceleași cu cele care sintetizează zaharuri din materii prime mai simple la animale, ciuperci și bacterii. În mod similar, seria de reacții care, pornind de la un anumit material de plecare, sintetizează anumite molecule care vor fi utilizate în alte căi de sinteză sunt similare, sau identice, între toate tipurile de celule. Din punct de vedere metabolic, procesele celulare care au loc într-un leu sunt doar marginal diferite de cele care au loc într-o păpădie.