Makromoleküle kommen in allen lebenden Zellen vor und spielen aufgrund ihrer strukturellen Anordnung eine bedeutende Rolle. Makromoleküle oder Polymere werden durch die Kombination kleinerer Moleküle oder Monomere in einer bestimmten Reihenfolge gebildet. Dies ist ein energieintensiver Prozess, der als Polymerisation bezeichnet wird und bei dem Wasser als Nebenprodukt entsteht. Jeder Prozess unterscheidet sich je nach Art des gebildeten Makromoleküls. Beispiele für Makromoleküle umfassen Nukleinsäuren, Lipide, Proteine und Kohlenhydrate.
Proteine
Proteine entstehen, wenn sich Monomere, sogenannte Aminosäuren, verbinden. Aminosäuren enthalten an beiden Enden des Moleküls eine Carboxyl- und eine Aminogruppe. Die Carboxylgruppe einer Aminosäure verbindet sich mit der Aminogruppe einer anderen und bildet eine Peptidbindung. Mehrere Aminosäuren verbinden sich zu Polypeptidketten, die dann zum endgültigen Proteinmakromolekül zusammengefaltet werden. Proteine haben je nach Form unzählige zelluläre Funktionen.
Nukleinsäuren
Die beiden Arten von Nukleinsäuren, DNA und RNA, bilden das genetische Material einer Zelle. Das Nukleinsäuremonomer wird Nukleotid genannt und enthält einen Pentosezucker, eine stickstoffhaltige Base und eine Phosphatgruppe. Nukleotide binden über kovalente Bindungen, wenn sich die Phosphatgruppe des einen mit der Hydroxylgruppe eines anderen verbindet, um Polynukleotide zu bilden. In der DNA verbinden sich zwei Polynukleotide über Wasserstoffbrücken an den stickstoffhaltigen Basen zu einer DNA-Doppelhelix.
Kohlenhydrate
Abhängig von der Länge des Polymers werden Kohlenhydrate in Monosaccharide, Disaccharide oder Polysaccharide eingeteilt. Ein Monosaccharid ist ein einzelnes Monomer und umfasst einfache Zucker wie Glukose. Monosaccharide sind über eine kovalente Bindung, die als glykosidische Bindung bezeichnet wird, miteinander verbunden. Disaccharide wie Saccharose sind einfach zwei Monosaccharide. Kohlenhydrate funktionieren entsprechend der Art des Zuckers, den sie enthalten, und den Positionen der glykosidischen Bindung.
Lipide
Lipide sind das einzige Makromolekül, das nicht polymerisiert. Die Basisverbindung für alle Lipide ist der Drei-Kohlenstoff-Alkohol Glycerin. Lipide werden in Fette, Steroide und Phospholipide eingeteilt. Fette werden durch die Addition von drei Fettsäuren an Glycerin über eine Esterbindung gebildet, die durch die Verknüpfung einer Hydroxylgruppe mit einer Carboxylgruppe entsteht. Bei Phospholipiden wird eine Fettsäure durch eine Phosphatgruppe ersetzt. Steroide wie Cholesterin enthalten ein Vier-Kohlenstoff-Ring-Skelett.