Бактерии и синезелёные водоросли относятся к простей­шим одноклеточным организмам. Однако с точки зрения химии даже мельчайшая клетка чрезвычайно сложна.

Так получилось, что среди бактерий наиболее изученной оказалась кишечная палочка Escherichia coli (сокращённо Е. coli) — безобидный обитатель кишечного тракта челове­ка и животных. И хотя размеры «лучшего друга» биохими­ков гораздо меньше размеров любой растительной или жи­вотной клетки (длина 2 мкм, диаметр 0,8 мкм, а объём около 1 мкм³; 1 мкм = 10^-6 м), а масса составляет всего 2•10^-12 г, для химиков это огромный объект: ведь масса Е, coli в 60 млрд. раз превосходит массу молекулы воды! А за всем этим скрывается высокоорганизованный комплекс большо­го числа молекул.

Бактериальная клетка защищена жёсткой полисахаридной оболочкой — клеточной стенкой. Она предохраня­ет клетку от набухания и разрыва из-за разницы в концен­трации низкомолекулярных веществ внутри клетки и вне её (внутри клетки концентрация низкомолекулярных веществ значительно выше, чем снаружи). Клетка также окружена состоящей из липидов полупроницаемой клеточной мем­браной, которая определяет размер клетки. Кроме того, мембрана служит своего рода фильтром: она контролирует поступление внутрь клетки питательных веществ и вы­ход наружу продуктов её жизнедеятельности. Способность мембраны регулировать перемещение веществ и тем самым поддерживать в клетке нужную концентрацию ионов и ор­ганических молекул является жизненно важной.

Внутреннее пространство бактериальной клетки запол­нено водой, содержащей ферменты и другие биомолекулы. Эта сложная смесь называется цитоплазмой. На отдельные «отсеки» простейшие клетки внутри не разделены, так что всё «варится в общем котле» — цитоплазме. В электронном микроскопе подобные клетки выглядят сравнительно одно­родно, без ярко выраженных структур. Из-за этой особен­ности бактерии и синезелёные водоросли выделяют в само­стоятельную группу — царство безъядерных организмов, или прокариот (от лат. pro — «перед» и греч. «карион» — «яд­ро ореха»). Прокариоты — настолько простые организмы, что вполне могут обойтись без ядра. Наследственная инфор­мация, хранящаяся в единственной молекуле ДНК, плавает прямо в цитоплазме! Эта молекула компактно упакована и занимает лишь малую часть от общего объёма клетки. Вок­руг области, в которой расположена ДНК, группируются особые маленькие частицы — рибосомы. В клетке кишечной палочки содержится от 20 до 30 тыс. рибосом.