Молекулярный уровень можно назвать начальным, наиболее глубинным уровнем организации живого. На этом уровне проявляются процессы обмена веществ и энергии, передача наследственной информации. Только изучив молекулярный уровень, можно разобраться, как протекали процессы зарождения и эволюции жизни на планете Земля; можно понять, каковы молекулярные основы наследственности и процессов обмена веществ в живом организме.
Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и неживые (к самым распространённым в живой природе элементам следует отнести углерод, кислород, водород и азот).
Основой всех органических соединений служит углерод. Он может вступать в связь со многими атомами и их группами, образуя цепочки, различные по химическому составу, строению, длине и форме, образуя сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Эти органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов, получили название биологические полимеры, или биополимеры — белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.
Молекула биополимера может состоять из многих тысяч соединённых между собой мономеров, которые могут быть одинаковыми или разными (свойства биополимеров зависят от строения их мономеров).
Основным субстратом жизни (от лат. субстратум — «подстилка, подкладка») являются два класса биополимеров — белки и нуклеиновые кислоты.
Все биополимеры построены по одному плану у всех живых организмов:
молекулы белков являются основными структурными элементами клеток и регулируют протекающие в них процессы;
нуклеиновые кислоты участвуют в передаче генетической (наследственной) информации от клетки к клетке, от организма к организму (генетический код универсален, т. е. одинаков для всех живых организмов);
полисахариды представляют собой важнейшие источники энергии, необходимой для жизнедеятельности организмов (именно на молекулярном уровне происходит превращение всех видов энергии и обмен веществ в клетке, и механизмы этих процессов также универсальны для всех живых организмов).
В то же время оказалось, что разнообразные свойства биополимеров, входящих в состав всех организмов, обусловлены различными сочетаниями всего лишь нескольких типов мономеров, образующих множество вариантов длинных полимерных цепей. Этот принцип лежит в основе многообразия жизни на нашей планете.
Специфические свойства биополимеров проявляются только в живой клетке (в изолированном виде молекулы биополимеров являются неживыми).
Более подробно о биополимерах см. Раздел «Химический состав клетки».
Преемственность между молекулярным и следующим за ним клеточным уровнем обеспечивается тем, что биологические молекулы — это тот материал, из которого образуются надмолекулярные (клеточные) структуры.
Ни один из этих принципов не выполняется на данный момент. Человечество делает только первые робкие шаги для жизни по этим принципам. Если в ближайшее время ситуацию не изменить, разрушение биосферы неизбежно.