Хімічні перетворення, що відбуваються в різних органах, тканинах і клітинах одного і того ж організму і різних видів живих істот, неоднакові. Неоднаково і їх фізіологічне значення. Клітин різних тканин і органів і клітин різних видів живих організмів властиві як спільні для них, так і властиві лише деяким з них синтетичні процеси - утворення певних хімічних сполук, що мають значення в життєдіяльності клітини і цілісного організму.
Еволюція видів та індивідуальний розвиток організмів проявляються не тільки морфологічних, але і в біохімічних змінах (біохімічна еволюція), що лежать в основі філо - і онтогенезу функцій. Певна спрямованість процесів обміну речовин характеризує процеси формоутворення, тобто ріст і розвиток організму, диференціацію його клітин. Відмінності в молекулярних і внутрішньомолекулярних фізико-хімічних процесах, що відбуваються в мікроструктурах ядра і протоплазми клітин, в їх органелах, нерозривно пов'язані Ь особливостями їх життєдіяльності, з їх функціями.
Найбільше біологічне значення в житті клітин - в їх обміні речовин - мають білки і нуклеїнові кислоти. З цими речовинами пов'язані всі основні прояви життя.
В останні роки вивчення нуклеїнових кислот, що входять до складу ядра і протоплазми клітин, призвело до відкриттів видатного наукового значення: встановлена роль цих хімічних сполук в синтезі білків організму, і передачі спадкових властивостей.
Нуклеїнові кислоти ядра - дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) - і протоплазми клітини - рибонуклеїнова кислота (РНК) - являють собою складні макромолекули клітини. Вони складаються з великого числа мононуклеотидов і є полімерами - полинуклеотидами. Число мононуклеотидов в молекулі ДНК не менше 10 000. Остов молекули мононуклеотида побудований з чергуються залишків фосфорної кислоти і пятиуглеродного цукру (дезоксирибозы - в молекулі ДНК і рибозы - в молекулі РНК). До вуглеводною залишкам приєднані утворюють бічні ланцюги азотисті підстави: аденін, гуанін, цитозин і тимін (в молекулі ДНК) або аденін, гуанін, цитозин і урацил (у молекулі РНК). Різні комбінації цих чотирьох підстав мононуклеотиде призводять до величезного розмаїття структури полінуклеотидів. Як показали рентгеноструктурні дослідження (дослідження дифракції рентгенівських променів) Крику і Уотсона, молекули ДНК являють собою дві витягнуті ланцюжки, обвивають один одного і утворюють таким чином подвійну спіраль. Структура ДНК специфічна для даного виду живих організмів.
Будова молекули ДНК визначає структуру РНК; структура ж цього з'єднання визначає будову молекул білка, синтезованого в протоплазмі клітин, тобто послідовність вхідних в склад амінокислот білка. Роль ДНК порівнюють з роллю архітектора, створює проект споруди, а роль РНК-з роботою інженера-будівельника, який будує споруда з окремих цеглин.
ДНК переважною кількістю біологів розглядається як носій генетичної інформації, як речовина, структура якого визначає спадкові властивості організму. Останні закодовані в послідовності розташування основ у молекулі ДНК, що і обумовлює спадково закріплені особливості синтезу білків і ферментів у клітинах органів розвивається зародка.
Ці дослідження наближають час, коли з'явиться можливість, як про це мріяли К. А. Тімірязєв та інші видатні біологи, «ліпити органічні форми». Вже зараз вдалося перетворювати один штам бактерій в інший, тобто одну їх різновид в іншу, переносячи ДНК одного з них іншому.
Білки, або протеїни, являють собою складні хімічні сполуки - полімери, утворені різними поєднаннями 20 різних амінокислот. Біосинтез білків відбувається при безпосередньому спрямовуючий участю нуклеїнових кислот, які відіграють роль як би шаблону, матриці, яка є «каркасом» для «зборки» білкової молекули з окремих амінокислот. Генетично обумовлені різні поєднання структурних компонентів нуклеїнових кислот визначають синтез в клітинах нескінченно різноманітних за своїм молекулярній будові білків, утворених різними організмами і їх різними органами і тканинами.
Білки тварин різних видів та різних індивідуумів, що належать до одного і того ж виду, а також різних органів і тканин одного і того ж індивідуума розрізняються. Тому говорять про видовий, індивідуальної, органної та тканинної специфічності клітинних білків. З видовою специфічністю білків пов'язано те, що введення в кров тварини одного виду білків тваринного іншого виду виявляється небайдужим для організму і викликає різні реакції (утворення імунних тіл, анафілактичні реакції тощо). Запровадження натуральних, тобто не піддані спеціальній обробці, чужорідних білків нерідко викликає важкі порушення стану організму, які можуть привести його до загибелі. Тому неприпустимо переливання крові чи її плазми від тварини людині. У зв'язку з біологічної несумісністю білків тварин різних видів закінчуються невдачею пересадки їх органів. При таких операціях - гетеротрансплантациях - пересаджений орган не приживається і через короткий час відмирає. Індивідуальна специфічність білків різних організмів одного і того ж виду менш виражена. Однак саме з індивідуальною специфічність білків пов'язана невдача пересадок органів однієї тварини до іншої, що належать до того ж самого виду. Такі операції - гомотрансплантаціі - також зазвичай закінчуються розсмоктуванням або загибеллю трансплантата, тобто пересадженого органу.
Органна і тканинна специфічність білків знаходить вираз у відмінностях білків різних органів і тканин. Так, у високодиференційованих клітинах організму, пристосованих до виконання певних функцій, утворюються білки, які характерні, специфічні саме для даної клітини. Такі білки, що входять до складу спеціалізованих клітинних структур. Наприклад, у міофібрил, тонких волоконцях всередині м'язових клітин, що містяться володіють певними ферментативними властивостями білки - міозин і актин, завдяки зміні яких здійснюється процес м'язового скорочення (тому їх називають сократительными білками). В клітинах сполучної тканини містяться білки - колаген, складові білкову основу волокон, утворених сполучнотканинними клітинами. Колагенові волокна відрізняються гнучкістю, міцністю на розрив, високим модулем пружності. З цими їх властивостями пов'язані опорні і механічні функції клітин сполучної тканини (рихлою і волокнистої, хрящової і кісткової).
Значення багатьох білків в організмі обумовлено їх ферментативними властивостями, їх здатністю каталізувати певні процеси розщеплення і синтезу різних органічних сполук.
Для процесів обміну білків в клітинах організму характерно постійно відбувається самовідновлення їх полягає в розщепленні і ре-синтезі клітинних білків.
Синтез білків протоплазми і клітинних структур відносять до числа пластичних процесів, пов'язаних з побудовою клітин і внутрішньоклітинних утворень. Пластичні Процеси відрізняють від енергетичних, головне значення яких полягає в доставці клітинам енергії, необхідної для їх життєдіяльності. Серед енергетичних процесів особливе місце займає обмін деяких речовин, які при їх розщепленні основними постачальниками енергії, використовуваної при діяльності клітин, наприклад при м'язовому скороченні, при багатьох синтетичних процесах. До числа таких речовин відносяться макроергічні сполуки, одним з представників яких є аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Відщеплення від АТФ двох залишків фосфорної кислоти пов'язано з вивільненням великої кількості енергії (відщеплення одного залишку фосфорної кислоти призводить до звільнення близько 10 000 калорій на 1 грам-молекулу речовини).
В різних клітинах відбувається безліч специфічних лише для них хімічних перетворень. Так, деякі хімічні сполуки утворюються лише в певних клітинах або внутрішньоклітинних структурах. Їх утворення і виділення клітиною в зовнішнє або внутрішнє середовище складають основну функцію даної клітини. Наприклад, утворення і виділення соляної кислоти властиві лише обкладочним клітин шлункових залоз; утворення ферменту трипсиногена відбувається лише під внешнесекреторных клітинах підшлункової залози. Синтез інсуліну, що має важливе значення в вуглеводному обміні організму, відбувається також у клітинах підшлункової залози, тільки не у внешнесекреторных, а під внутрисекреторных - у так званих бета-клітинах острівцевих тканини. Утворення ацетилхоліну, який є хімічним передавачем нервового імпульсу з нервового закінчення на иннервируемый орган, відбувається в певній ділянці нервового закінчення.
Процеси обміну речовин - синтез і розпад різних сполук - різні не лише у різних клітинах, але і в різних структурах высокодифференцированной клітини. Гістохімічні методи і методика ізотопних індикаторів дозволили встановити участь різних структур клітини у процесах обміну речовин. При цьому виявилося, що розщеплення вуглеводів - гліколіз - відбувається в цитоплазмі, процеси окисного фосфорилювання здійснюються в мітохондріях; ранні стадії синтезу білка відбуваються в цитоплазмі, а більш пізні - у мікросомах. Відповідно до цього неоднаково розподіл різних ферментів в різних частинах клітини.
Безперервно протікають у клітинах організму процеси обміну речовин, гак само, втім, як і всі інші фізіологічні функції, не є постійними і незмінними. Вони динамічні й мінливі. Під впливом впливів зовнішнього середовища і зрушень у внутрішньому середовищі організму обмін речовин може посилюватися або зменшуватися, він може і якісно змінюватися. Так завжди відбувається при діяльності клітин. При цьому відбувається перехід від обміну спокою (всякий спокій в організмі є відносним, бо життєві процеси характеризуються витратою речовин і енергії) до робочого обміну, тим більш інтенсивному, чим більше укладається кліткою діяльність.
