A biológiai rendszerek (élőlények) egyik meghatározó alaptulajdonsága a sejtes szerveződés. A vírusokon kívül ez minden élőlényre jellemző. A sejtek az élőlények strukturális alapegységei, amelyek funkcionálisan is egy önálló egységet alkotnak. A sejtek első vizuális észlelése Robert Hooke nevéhez fűződik, aki 1665-ben kezdetleges mikroszkópjával parafadarabokat tanulmányozott. Észrevette, hogy a parafa felépítésében szerkezeti egységek vesznek részt, amelyek emlékeztették őt a méhkaptárt felépítő sejtekre, és el is nevezte őket sejteknek (cell). Valójában azonban ő a parafa elhalt parenchimatikus sejtjeinek sejtfalából álló hálózatot (apoplaszt) látott (1. ábra).

1. ábra

A mikroszkópos technikák tökéletesedésével nem sopkkal később a holland Leuwenhoek már meglátta az egysejtűeket, majd később a baktériumokat is. Ez igen komoly fegyvertény volt, hiszen a baktériumok mérete közismerten a néhány μm-es tartományba tartozik. Később Brown leírta a sejtmagot, tehát már a sejten belüli sejtalkotók is felismerhetővé és tanulmányozhatóvá váltak. A XIX. század közepére elég információ halmozódott fel ahhoz, hogy két bátor német kutató, Schleiden és Schwann, kiálljon a tudományos világ porondjára és korszakalkotó bejelentést tegyen. Ők ugyanis mindössze 1 év különbséggel deklarálták, hogy mind az állatok, mind a növények parányi építőkockákból, sejtekből épülnek fel, Később csatlakozott hozzájuk honfitársuk, a híres orvos Virchow, aki kijelentette, hogy sejt csakis sejtből keletkezhet. E három kijelentés képezi az alapját annak a gondolati áramlatnak, amit „sejtelméletnek” nevezünk, és ami gyökeresen átalakította az élőlények felépítéséről rendelkezésre álló nézeteket. A sejtelméletet szinte változatlan formában ma is igaznak tartjuk, a XX. Században még a sejtelmélet premisszái közé bekerült az anyagcsere és az örökítő anyag fogalma, ami együttesen a mai biológia felfogásunk alapját képezi (2. ábra).

2. ábra

A sejtek felépítése nagyjából azonos sémát követ: a sejtet kívülről sejtmembrán veszi körül, amely egyszerre két funkciót is ellát: egyszerre elválaszt és összeköt. Az elválasztás azért alapvető, mert a membrán által határolt tér összetétele gyökeresen eltér az extracelluláris közeg összetételétől. A kompartment-képzés a membránok egyik legfontosabb funkciója. A membrán azonban nemcsak elhatárol (elszigetel) egymástól két vizes közeget, hanem megteremti a lehetőséget a két közeg közötti kommunikációra, azaz anyagtranszportra. Az élőlények nyitott rendszerek, azaz a környezetükkel állandó anyag-, energia- és információcserét folytatnak, és ez már sejtszinten is megvalósul. A kettős funkcióra a membránt speciális összetétele teszi képessé. A membrán alapvázát lipid kettősréteg alkotja (3. ábra), amelyben a lipidek speciális karakterűek (poláris lipidek), mivel van egy hidrofil fejcsoportjuk és két hidrofób zsírsavláncuk. Utóbbiak apoláros kölcsönhatások révén hozzák létre a membrán belső víztaszító állományát. Egy tipikus foszfolipid szerkezetét a foszfatidil inozitol példáján mutatjuk be (4. ábra).

3. ábra

4. ábra

A membránban a lipideken kívül fehérjemolekulák találhatók, amelyek többek között a transzportfolyamatokat végzik. A membránon által körülhatárolt rész a citoplazma, amelyben sejtszervecskéket, membránrendszert és citoszkeletont találunk. Az alakos elemeket nem tartalmazó alapanyag a citoszol. A sejt vázlatos felépítését a legkomplexebb sejttípuson, egy növénysejten mutatjuk be (5. ábra).

5. ábra

Az első sejtek kialakulását meg kellett, hogy előzze az élő rendszerek működési alapjainak létrejötte. A biológiai rendszerek több vonatkozásban is alapvetően különböznek az élettelen világtól.