Macromoleculen bestaan in alle levende cellen en spelen een belangrijke rol die wordt bepaald door hun structurele rangschikking. Macromoleculen, of polymeren, worden gevormd door de combinatie van kleinere moleculen of monomeren in een specifieke volgorde. Dit is een energievereisend proces dat polymerisatie wordt genoemd en waarbij water als bijproduct wordt geproduceerd. Elk proces verschilt afhankelijk van het type macromolecuul dat wordt gevormd. Voorbeelden van macromoleculen omvatten nucleïnezuren, lipiden, eiwitten en koolhydraten.
Eiwitten
Eiwitten worden gevormd wanneer monomeren die aminozuren worden genoemd, worden gecombineerd. Aminozuren bevatten een carboxyl- en een aminogroep aan beide uiteinden van het molecuul. De carboxylgroep van het ene aminozuur combineert met de aminogroep van een ander en vormt een peptidebinding. Verschillende aminozuren komen samen om polypeptideketens te vormen, die vervolgens worden samengevouwen voor het uiteindelijke eiwitmacromolecuul. Eiwitten hebben talloze cellulaire functies, afhankelijk van hun vorm.
Nucleïnezuren
De twee soorten nucleïnezuren, DNA en RNA, vormen het genetische materiaal van een cel. Het nucleïnezuurmonomeer wordt een nucleotide genoemd en bevat een pentosesuiker, een stikstofbase en een fosfaatgroep. Nucleotiden binden via covalente bindingen, aangezien de fosfaatgroep van de ene zich verbindt met de hydroxylgroep van een andere om polynucleotiden te vormen. In DNA combineren twee polynucleotiden via waterstofbruggen aan de stikstofbasen om een dubbele DNA-helix te vormen.
Koolhydraten
Afhankelijk van de lengte van het polymeer worden koolhydraten geclassificeerd als monosachariden, disachariden of polysachariden. Een monosacharide is een enkel monomeer en omvat enkelvoudige suikers zoals glucose. Monosachariden worden met elkaar verbonden via een covalente binding die een glycosidische binding wordt genoemd. Disachariden zoals sucrose zijn gewoon twee monosachariden. Koolhydraten functioneren volgens het type suikers dat ze bevatten en de posities van de glycosidische link.
Lipiden
Lipiden zijn het enige macromolecuul dat geen polymerisatie ondergaat. De basisverbinding voor alle lipiden is de driekoolstofalcoholglycerol. Lipiden worden onderverdeeld in vetten, steroïden en fosfolipiden. Vetten worden gevormd door de toevoeging van drie vetzuren aan glycerol via een esterbinding, die ontstaat door het verbinden van een hydroxylgroep met een carboxylgroep. In fosfolipiden is een vetzuur vervangen door een fosfaatgroep. Steroïden zoals cholesterol bevatten een skelet met vier koolstofringen.