Der Begriff „Biomolekül“ bezieht sich auf eine breite Kategorie von Molekülen, die alle Substanzen umfasst, die durch biologische Prozesse eines Organismus produziert werden. Zu diesen Molekülen gehören Dinge wie Nukleinsäuren, Proteine und Saccharide. Biomoleküle bilden den Körper aller Lebewesen und sind die Ursachen und Produkte der chemischen Prozesse, die sie am Leben erhalten.
Es gibt eine große Anzahl unterschiedlicher Biomoleküle, die von kleinen Molekülen aus wenigen Atomen bis hin zu riesigen, komplexen Strukturen, sogenannten Makromolekülen, die Tausende oder sogar Millionen von Atomen enthalten können, reichen. Einige Arten von Biomolekülen sind für molekulare Standards extrem groß. Möglich wird dies durch eine der Eigenschaften von Kohlenstoff, dem Element, auf dem alles bekannte Leben beruht. Kohlenstoffatome können sich in langen, sich wiederholenden Ketten mit anderen Atomen oder Atomgruppen verbinden, die an die Kette gebunden sind, um extrem lange Moleküle zu bilden, die Polymere genannt werden. Diese Polymere können aus Hunderten von einzelnen, miteinander verketteten Struktureinheiten bestehen und können sich auch in mehrere Verzweigungen aufspalten oder chemisch an andere Polymerketten gebunden sein, um riesige Strukturen zu bilden.
Eine der häufigsten und wichtigsten Arten von Biomolekülen wird als Protein bezeichnet, eine Gruppe von Makromolekülen, die für biologische Prozesse in allen Lebensformen unerlässlich sind. Sie bestehen aus Ketten kleinerer Biomoleküle, die als Aminosäuren bezeichnet werden. Verschiedene Arten von Proteinen erfüllen unterschiedliche Funktionen, wie zum Beispiel die Übertragung chemischer Botschaften von Zelle zu Zelle, die Bildung von Strukturen, die Zellen zusammenhalten, und die Katalyse der chemischen Reaktionen, die den Stoffwechsel des Organismus durch spezialisierte Proteine, sogenannte Enzyme, antreiben.
Eine andere Gruppe von Biomolekülen werden Lipide genannt, eine Kategorie, die Substanzen wie Sterine, natürliche Wachse und Glyceride umfasst, von denen die bekanntesten Fette genannt werden. Lipide sind im Allgemeinen kleiner als Proteine, obwohl sie immer noch Polymerketten mit einer Länge von Dutzenden von Kohlenstoffatomen enthalten können. Lipide sind wichtig für die Aufrechterhaltung der Zellstruktur, da ein Großteil der Zellmembran jeder Zelle aus ihnen besteht und sie auch eine Form der Energiespeicherung sind.
Saccharide, auch Kohlenhydrate genannt, sind eine Art Biomolekül, das nur Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthält. Zwei Gruppen von Sacchariden, Monosaccharide und Disaccharide genannt, werden allgemein als Zucker bezeichnet. Saccharid-Moleküle sind eine weitere wichtige Stoffgruppe für die Energiegewinnung, sind an vielen Stoffwechselprozessen beteiligt und dienen einigen Organismen als Strukturträger, insbesondere in Form von Zellulose in Pflanzen.
Nukleotide sind eine Klasse von Biomolekülen, die aus Sacchariden hergestellt werden, die an eine Phosphatgruppe gebunden sind, und einer von mehreren möglichen Typen von Nukleobasen, einer Art von stickstoffbasierten Biomolekülen. Die resultierenden Verbindungen umfassen Moleküle, die als Cofaktoren bezeichnet werden und Proteinen helfen, metabolische chemische Reaktionen zu katalysieren, und wichtige zelluläre Signalmoleküle. Nukleotide sind auch die Hauptbestandteile von Ribonukleinsäure (RNA) und Desoxyribonukleinsäure (DNA) und gehören damit zu den grundlegendsten Bausteinen des Lebens. Die genetische Information von Lebewesen ist in der Anordnung verschiedener Arten von Nukleobasen auf den langen Nukleotidketten kodiert, die die DNA bilden und ihre Aktivitäten steuern, wodurch Nukleotide zur Grundlage der Vererbung werden.
Nicht alle Organismen können jede Art von Biomolekül, die sie benötigen, selbst herstellen. Organismen, die die benötigten Biomoleküle aus unbelebter Materie in der Umwelt wie Pflanzen, Algen und einigen Bakterienformen synthetisieren können, werden als Autotrophe bezeichnet. Organismen, die dies nicht selbst tun können, sogenannte Heterotrophe, sind auf eine Kombination von Molekülen angewiesen, die in ihrem eigenen Körper synthetisiert werden, und anderen Biomolekülen, die durch den Verzehr anderer Organismen aufgenommen werden, die Substanzen enthalten, die der Heterotrophe nicht selbst produziert. Diese Kategorie umfasst Tiere, Pilze und einige einzellige Organismen.