Il termine “biomolecola” si riferisce a un’ampia categoria di molecole che comprende tutte le sostanze prodotte dai processi biologici di un organismo. Queste molecole includono cose come acidi nucleici, proteine e saccaridi. Le biomolecole formano i corpi di tutti gli esseri viventi e sono le cause ei prodotti dei processi chimici che li tengono in vita.
Esiste un numero enorme di biomolecole diverse, che vanno da piccole molecole di pochi atomi a strutture enormi e complesse chiamate macromolecole che possono contenere migliaia o addirittura milioni di atomi. Alcuni tipi di biomolecole sono estremamente grandi per gli standard molecolari. Ciò è reso possibile da una delle proprietà del carbonio, l’elemento su cui si basa tutta la vita conosciuta. Gli atomi di carbonio possono legarsi insieme in lunghe catene ripetitive, con altri atomi o gruppi di atomi attaccati alla catena, per formare molecole estremamente lunghe chiamate polimeri. Questi polimeri possono essere composti da centinaia di singole unità strutturali concatenate insieme e possono anche dividersi in più rami o essere legati chimicamente ad altre catene polimeriche per formare strutture enormi.
Uno dei tipi più comuni e importanti di biomolecole è chiamato proteina, un gruppo di macromolecole essenziali per i processi biologici in tutte le forme di vita. Sono costituiti da catene di biomolecole più piccole chiamate amminoacidi. Diversi tipi di proteine svolgono funzioni diverse, come trasportare messaggi chimici da cellula a cellula, formare strutture che tengono insieme le cellule e catalizzare le reazioni chimiche che guidano il metabolismo dell’organismo attraverso proteine specializzate chiamate enzimi.
Un altro gruppo di biomolecole sono chiamati lipidi, una categoria che comprende sostanze come steroli, cere naturali e gliceridi, i più noti dei quali sono chiamati grassi. I lipidi sono generalmente più piccoli delle proteine, sebbene possano ancora contenere catene polimeriche lunghe decine di atomi di carbonio. I lipidi sono importanti per mantenere la struttura delle cellule, perché gran parte della membrana cellulare di ogni cellula è composta da loro e sono anche una forma di accumulo di energia.
I saccaridi, chiamati anche carboidrati, sono un tipo di biomolecola contenente solo carbonio, idrogeno e ossigeno. Due gruppi di saccaridi, chiamati monosaccaridi e disaccaridi, sono comunemente indicati come zuccheri. Le molecole di saccaride sono un altro importante gruppo di sostanze per l’energia, sono coinvolte in molti processi metabolici e sono utilizzate come supporti strutturali per alcuni organismi, in particolare sotto forma di cellulosa nelle piante.
I nucleotidi sono una classe di biomolecole costituite da saccaridi legati a un gruppo fosfato e uno dei diversi possibili tipi di nucleobase, un tipo di biomolecola a base di azoto. I composti risultanti includono molecole chiamate cofattori che aiutano le proteine a catalizzare reazioni chimiche metaboliche e importanti molecole di segnalazione cellulare. I nucleotidi sono anche i componenti primari dell’acido ribonucleico (RNA) e dell’acido desossiribonucleico (DNA), il che li rende uno degli elementi costitutivi fondamentali della vita. L’informazione genetica degli esseri viventi è codificata nella disposizione di diversi tipi di basi azotate sulle lunghe catene nucleotidiche che compongono il DNA e ne governano le attività, rendendo i nucleotidi la base dell’ereditarietà.
Non tutti gli organismi possono produrre da soli ogni tipo di biomolecola di cui hanno bisogno. Gli organismi che possono sintetizzare le biomolecole di cui hanno bisogno dalla materia non vivente nell’ambiente, come piante, alghe e alcune forme di batteri, sono chiamati autotrofi. Gli organismi che non possono farlo da soli, chiamati eterotrofi, dipendono da una combinazione di molecole sintetizzate nei loro stessi corpi e altre biomolecole ingerite mangiando altri organismi che contengono sostanze che l’eterotrofio non produce da sé. Questa categoria include animali, funghi e alcuni organismi unicellulari.