El término «biomolécula» se refiere a una amplia categoría de moléculas que abarcan todas las sustancias producidas por los procesos biológicos de un organismo. Estas moléculas incluyen cosas como ácidos nucleicos, proteínas y sacáridos. Las biomoléculas forman los cuerpos de todos los seres vivos y son las causas y productos de los procesos químicos que los mantienen vivos.
Existe una gran cantidad de biomoléculas diversas, que van desde pequeñas moléculas de unos pocos átomos hasta enormes y complejas estructuras llamadas macromoléculas que pueden contener miles o incluso millones de átomos. Algunos tipos de biomoléculas son extremadamente grandes según los estándares moleculares. Esto es posible gracias a una de las propiedades del carbono, el elemento en el que se basa toda la vida conocida. Los átomos de carbono pueden unirse en largas cadenas repetidas, con otros átomos o grupos de átomos unidos a la cadena, para formar moléculas extremadamente largas llamadas polímeros. Estos polímeros pueden estar compuestos por cientos de unidades estructurales individuales encadenadas entre sí y también pueden dividirse en múltiples ramas o unirse químicamente a otras cadenas de polímeros para formar estructuras enormes.
Uno de los tipos de biomoléculas más comunes e importantes se llama proteína, un grupo de macromoléculas esenciales para los procesos biológicos en todas las formas de vida. Están formados por cadenas de biomoléculas más pequeñas llamadas aminoácidos. Los diferentes tipos de proteínas cumplen diferentes funciones, como transportar mensajes químicos de una célula a otra, formar estructuras que mantienen unidas a las células y catalizar las reacciones químicas que impulsan el metabolismo del organismo a través de proteínas especializadas llamadas enzimas.
Otro grupo de biomoléculas se denominan lípidos, una categoría que engloba sustancias como los esteroles, las ceras naturales y los glicéridos, los más conocidos de los cuales se denominan grasas. Los lípidos son generalmente más pequeños que las proteínas, aunque todavía pueden contener cadenas poliméricas de docenas de átomos de carbono de longitud. Los lípidos son importantes para mantener la estructura de las células, porque gran parte de la membrana celular de cada célula está hecha de ellos y también son una forma de almacenamiento de energía.
Los sacáridos, también llamados carbohidratos, son un tipo de biomolécula que contiene solo carbono, hidrógeno y oxígeno. Dos grupos de sacáridos, llamados monosacáridos y disacáridos, se conocen comúnmente como azúcares. Las moléculas de sacáridos son otro grupo importante de sustancias para la energía, participan en muchos procesos metabólicos y se utilizan como soportes estructurales para algunos organismos, sobre todo en forma de celulosa en las plantas.
Los nucleótidos son una clase de biomoléculas hechas de sacáridos unidos a un grupo fosfato y uno de varios tipos posibles de nucleobase, un tipo de biomolécula basada en nitrógeno. Los compuestos resultantes incluyen moléculas llamadas cofactores que ayudan a las proteínas a catalizar reacciones químicas metabólicas e importantes moléculas de señalización celular. Los nucleótidos también son los componentes principales del ácido ribonucleico (ARN) y del ácido desoxirribonucleico (ADN), lo que los convierte en uno de los componentes fundamentales de la vida. La información genética de los seres vivos está codificada en la disposición de diferentes tipos de nucleobases en las largas cadenas de nucleótidos que componen el ADN y gobiernan sus actividades, haciendo de los nucleótidos la base de la herencia.
No todos los organismos pueden producir todos los tipos de biomoléculas que necesitan por sí mismos. Los organismos que pueden sintetizar las biomoléculas que necesitan a partir de materia inanimada en el medio ambiente, como plantas, algas y algunas formas de bacterias, se denominan autótrofos. Los organismos que no pueden hacer esto por sí mismos, llamados heterótrofos, dependen de una combinación de moléculas sintetizadas en sus propios cuerpos y otras biomoléculas ingeridas al comer otros organismos que contienen sustancias que el heterótrofo no produce por sí mismo. Esta categoría incluye animales, hongos y algunos organismos unicelulares.