Все клетки организма, его ткани и органы находятся в состоянии химического и энергетического взаимодействия друг с другом, а также с окружающей организм средой. Обмен веществ (метаболизм) — это совокупность всех химических реакций, протекающих в организме, которые обеспечивают его существование, рост и развитие. Поэтому метаболизм — главный и непременный атрибут жизни. Нарушение процессов метаболизма приводит к различным заболеваниям и даже может вызвать гибель организма.
Питание составляет важную часть обмена веществ. Питательные вещества, поступившие в организм, используются в качестве строительного материала для производства органических соединений, идущих на построение структур организма или дающих организму энергию. По способу питания все организмы делятся на 2 большие группы.
Автотрофы (растения) могут синтезировать органические вещества (глюкозу и фруктозу) из углекислого газа и воды (кроме них, растениям для построения некоторых клеточных компонентов нужны соединения азота, серы, фосфора и некоторые минеральные вещества). Все остальные организмы — гетеротрофы — получают органические вещества, питаясь тканями других растений или животных.
Пищеварение — это комплекс последовательных процессов, в которых пища механически измельчается и расщепляется с помощью особых белков, называемых ферментами, до фрагментов, усваиваемых организмом. Последовательность этапов пищеварения обеспечивает пищеварительная система, строение и функции которой у животных связаны с особенностями пищевого рациона. Основные компоненты пищи, расщепляющиеся при помощи ферментов, — белки, жиры и углеводы.
Продуктами расщепления белков являются аминокислоты, жиров — жирные кислоты и глицерин, сложных углеводов — глюкоза. Получив эти исходные материалы, клетки организма могут синтезировать «свои» белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
Между организмом и окружающей средой постоянно происходит газообмен. Большинство животных и растений способны жить и развиваться только при наличии кислорода. Энергию, необходимую для жизни, организмы получают в процессе окисления органических соединений кислородом воздуха. В результате появляется энергия, которая запасается организмом, и выделяется углекислый газ, который должен выводиться из организма. Совокупность этих процессов называется дыханием.
В процессе дыхания происходит газообмен у человека и животных, у растений он идет в процессе дыхания и фотосинтеза. Сравнительно просто устроенные организмы дышат всей поверхностью тела, у высших растений газообмен происходит через устьица, расположенные на листьях; у животных развиваются специальные органы дыхания — жабры, трахеи, легкие, стенки которых пронизаны сетью кровеносных сосудов. Кровь доставляет кислород к другим тканям и органам и забирает у них углекислый газ.
Климент Аркадьевич Тимирязев (1843—1920) — российский естествоиспытатель, физиолог растений. Он стал широко известен как основоположник учения о фотосинтезе. Фотосинтез — это процесс образования органических соединений из неорганических веществ под действием солнечного света. Он происходит при помощи зеленого фермента — хлорофилла, содержащегося в растительных клетках. В результате химической реакции разложения (фотолиза) молекул воды в атмосферу выделяется кислород. Это так называемая световая фаза фотосинтеза. Второй этап называется темновой фазой и может протекать в темноте. Во время него из углекислого газа и воды образуются органические вещества — глюкоза и фруктоза.
Выделение — это процесс освобождения организма от конечных продуктов обмена, чужеродных веществ, избытка воды и солей. Данный процесс играет важную роль в поддержании постоянства состава внутренней среды организма.
У простейших животных продукты распада накапливаются в выделительных вакуолях, а потом выводятся через оболочку клетки.
У многоклеточных животных формируются специальные органы выделения. У позвоночных в процессе выделения участвуют кожа, потовые, солевые железы, почки, желудочно-кишечный тракт.