Makrocząsteczki występują we wszystkich żywych komórkach i odgrywają znaczącą rolę, determinowaną przez ich układ strukturalny. Makrocząsteczki lub polimery powstają przez połączenie mniejszych cząsteczek lub monomerów w określonej kolejności. Jest to proces wymagający energii, zwany polimeryzacją, w którym jako produkt uboczny powstaje woda. Każdy proces różni się w zależności od rodzaju tworzonej makrocząsteczki. Przykłady makrocząsteczek obejmują kwasy nukleinowe, lipidy, białka i węglowodany.
Białka
Białka powstają, gdy łączą się monomery zwane aminokwasami. Aminokwasy zawierają grupę karboksylową i aminową na każdym końcu cząsteczki. Grupa karboksylowa jednego aminokwasu łączy się z grupą aminową innego, tworząc wiązanie peptydowe. Kilka aminokwasów łączy się ze sobą, tworząc łańcuchy polipeptydowe, które są następnie składane razem w celu uzyskania końcowej makrocząsteczki białka. Białka mają niezliczone funkcje komórkowe, w zależności od ich kształtu.
Kwasy nukleinowe
Dwa rodzaje kwasów nukleinowych, DNA i RNA, tworzą materiał genetyczny komórki. Monomer kwasu nukleinowego nazywany jest nukleotydem i zawiera cukier pentozowy, zasadę azotową i grupę fosforanową. Nukleotydy wiążą się wiązaniami kowalencyjnymi, gdy grupa fosforanowa jednego łączy się z grupą hydroksylową drugiego, tworząc polinukleotydy. W DNA dwa polinukleotydy łączą się poprzez wiązania wodorowe na zasadach azotowych, tworząc podwójną helisę DNA.
Węglowodany
W zależności od długości polimeru węglowodany klasyfikuje się jako monosacharydy, disacharydy lub polisacharydy. Monosacharyd to pojedynczy monomer i zawiera cukry proste, takie jak glukoza. Monosacharydy są połączone wiązaniem kowalencyjnym zwanym wiązaniem glikozydowym. Disacharydy, takie jak sacharoza, to po prostu dwa monosacharydy. Węglowodany działają w zależności od rodzaju zawartych w nich cukrów i pozycji wiązania glikozydowego.
Lipidy
Lipidy są jedynymi makrocząsteczkami, które nie ulegają polimeryzacji. Podstawowym związkiem dla wszystkich lipidów jest trójwęglowy alkohol glicerol. Lipidy dzieli się na tłuszcze, steroidy i fosfolipidy. Tłuszcze powstają przez dodanie trzech kwasów tłuszczowych do glicerolu poprzez wiązanie estrowe, które powstaje w wyniku połączenia grupy hydroksylowej z grupą karboksylową. W fosfolipidach kwas tłuszczowy jest zastąpiony grupą fosforanową. Steroidy, takie jak cholesterol, zawierają czterowęglowy szkielet pierścieniowy.