Vật liệu bắt đầu: các yếu tố hóa học của cuộc sống
Khoảng hai chục trong số 92 nguyên tố hóa học tự nhiên xảy ra là rất cần thiết cho các loại sinh vật. Hầu hết các nguyên tố hiếm trên trái đất không cần thiết cho cuộc sống (ngoại trừ selen và iốt), trong khi một số ít phổ biến (nhôm và titan) không được sử dụng. Hầu hết các sinh vật đều chia sẻ nhu cầu nguyên tố, nhưng có một số khác biệt giữa thực vật và động vật. Ví dụ, tảo đại dương sử dụng brôm, nhưng thực vật và động vật trên đất dường như không cần đến. Tất cả các động vật đều cần natri, nhưng một số cây không có. Cây cần boron và silic, nhưng động vật không thể (hoặc có thể cần lượng cực nhỏ).
Chỉ có sáu nguyên tố-cacbon, hydro, nitơ, oxy, canxi và phốt pho chiếm gần 99% khối lượng của tế bào sống, bao gồm cả các chất trong cơ thể con người (xem thành phần của cơ thể con người để có danh sách đầy đủ). Ngoài sáu yếu tố chính cấu tạo nên phần lớn cơ thể con người, con người đòi hỏi số lượng nhỏ hơn có thể là 18.
Biomolecules
Bốn phân tử chính của các phân tử sinh học (thường được gọi là các phân tử sinh học) là carbohydrate, lipid, protein, và axit nucleic. Nhiều phân tử sinh học là polyme: trong thuật ngữ này, monome là các phân tử nhỏ tương đối nhỏ được liên kết với nhau để tạo ra các đại phân tử lớn gọi là polyme. Khi các monome được liên kết với nhau để tổng hợp polyme sinh học, chúng sẽ trải qua một quá trình gọi là tổng hợp mất nước. Các đại phân tử khác nhau có thể được lắp ráp trong các phức hợp lớn hơn, thường cần cho hoạt động sinh học.
Carbohydrate
Các bài báo chính: Carbohydrate, Monosaccharide, Disaccharide, và Polysaccharide
Carbohydrate
Glucose, một monosaccharide
Một phân tử sucrose (glucose + fructose), disaccharide
Amyloza, polysaccharide được tạo thành từ vài nghìn đơn vị glucose
Chức năng của carbohydrate bao gồm năng lượng lưu trữ và cung cấp cấu trúc. Đường là carbohydrate, nhưng không phải tất cả carbohydrate là đường. Có nhiều carbohydrate trên trái đất hơn bất kỳ loại phân tử sinh học nào khác được biết đến; chúng được sử dụng để chứa năng lượng và thông tin di truyền, cũng như các vai trò quan trọng trong tế bào để tương tác tế bào và truyền thông.
Loại carbohydrate đơn giản nhất là monosaccharide, trong số các thuộc tính khác có chứa carbon, hydro và oxy, chủ yếu ở tỷ lệ 1: 2: 1 (công thức tổng quát CnH2nOn, trong đó n là ít nhất 3). Glucose (C6H12O6) là một trong những carbohydrate quan trọng nhất; những loại khác bao gồm fructose (C6H12O6), đường thường kết hợp với vị ngọt của trái cây, và deoxyribose (C5H10O4).
Một monosaccharide có thể chuyển từ dạng vòng hở sang dạng tuần hoàn thông qua một phản ứng bổ sung nucleophilic giữa nhóm carbonyl và một trong các hydroxyl của cùng một phân tử. Phản ứng tạo ra một vòng các nguyên tử cacbon đóng lại bởi một nguyên tử oxy cầu nối. Các phân tử kết quả có một nhóm hemiacetal hoặc hemiketal, tùy thuộc vào việc hình thức tuyến tính là một aldo hay một ketose. Phản ứng dễ dàng đảo ngược, tạo ra dạng ban đầu mở.