Makromolekyler findes i alle levende celler og spiller betydelige roller bestemt af deres strukturelle arrangement. Makromolekyler eller polymerer dannes ved kombinationen af mindre molekyler eller monomerer i en specifik sekvens. Dette er en energikrævende proces kaldet polymerisering, der producerer vand som et biprodukt. Hver proces adskiller sig efter typen af makromolekyle, der dannes. Eksempler på makromolekyler inkluderer nukleinsyrer, lipider, proteiner og kulhydrater.
Proteiner
Proteiner dannes, når monomerer kaldet aminosyrer kombineres. Aminosyrer indeholder en carboxylsyre og en aminogruppe i hver ende af molekylet. Carboxylgruppen i en aminosyre kombineres med aminogruppen i en anden og danner en peptidbinding. Flere aminosyrer forbinder sig til dannelse af polypeptidkæder, som derefter foldes sammen til det endelige proteinmakromolekyle. Proteiner har utallige cellulære funktioner afhængigt af deres form.
Nukleinsyrer
De to typer nukleinsyrer, DNA og RNA, udgør en celles genetiske materiale. Nukleinsyremonomeren kaldes et nukleotid og indeholder et pentosesukker, en nitrogenholdig base og en phosphatgruppe. Nukleotider binder via kovalente bindinger, da phosphatgruppen i den ene forbinder hydroxylgruppen fra en anden til dannelse af polynukleotider. I DNA kombineres to polynukleotider via hydrogenbindinger ved de nitrogenholdige baser til dannelse af en dobbelt DNA-helix.
Kulhydrater
Afhængig af længden af polymeren klassificeres kulhydrater som monosaccharider, disaccharider eller polysaccharider. Et monosaccharid er en enkelt monomer og inkluderer enkle sukkerarter såsom glucose. Monosaccharider forbindes via en kovalent binding kaldet en glycosidisk binding. Disaccharider såsom saccharose er simpelthen to monosaccharider. Kulhydrater fungerer efter typen af sukker, de indeholder, og placeringen af det glykosidiske link.
Lipider
Lipider er det eneste makromolekyle, der ikke gennemgår polymerisering. Baseforbindelsen til alle lipider er glycerol med tre carbonatomer. Lipider er kategoriseret som fedt, steroider og fosfolipider. Fedtstoffer dannes ved tilsætning af tre fedtsyrer til glycerol via en esterbinding, der opstår fra sammenføjning af en hydroxylgruppe til en carboxylgruppe. I phospholipider erstattes en fedtsyre med en phosphatgruppe. Steroider som kolesterol indeholder et fire-carbon ringskelet.