Makromolekul merupakan molekul besar yang terdiri atas banyak atom dan blok penyusun. Sebagian besar makromolekul berupa polimer atau suatu molekul panjang yang terdiri atas banyak blok penyusun identik, dan dihubungkan dengan ikatan-ikatan kovalen. Blok penyusun dari suatu polimer adalah molekul keci yang disebut monomer. Monomer-monomer dihubungkan melalui suatu reaksi kondensasi atau dehidrasi, sehingga dua molekul dapat berikatan secara kovalen melalui pelepasan satu molekul air. Sel hidup memiliki empat makromolekul, yaitu karbohidrat, lipid, protein, dan asam nukleat.
1. Karbohidrat
Karbohidrat adalah polihidroksi aldehida (golongan aldosa) atau polihidroksi keton (golongan ketosa) dengan rumus molekul (CH2O)n. Karbohidrat berfungsi sebagai bahan bakar (sumber energi), bahan penyusun struktur sel, dan sumber energi. Karbohidrat merupakan polimer yang tersusun dari monomer-monomer. Berdasarkan jumlah monomer yang menyusun polimer, karbohidrat dapat digolongkan menjadi monosakrida, disakarida, dan polisakarida.
2. Lipid
Lipid berfungsi sebagai komponen struktural membran sel, cadangan bahan bakar (sumber energi), lapisan pelindung, komponen vitamin, dan komponen hormon. Lipid bersifat hidrofobik, yaitu sedikit atau tidak memiliki afinitas (ketertarikan) terhadap air. Senyawa lipid yang paling penting bagi makhluk hidup adalah lemak, fosfolpid, dan steroid. Senyawa lipid lainnya, yaitu sfingolipid, lilin, karotenoid ( sebagai bahan baku vitamin A), dan limonen dalam minyak lemon.
3. Protein
Protein merupakan komponen penyusun sel yang meluputi sekitar 50% dari bobot kering sel tersebut. Protein berfungsi sebagai dukungan struktural, penyimpanan, pergerakan, transpor substansi tertentu, pengiriman sinyal, enzim, dan pertahanan untuk melawan substansi asing. Molekul protein sangat beragam, baik struktur maupun fungsinya. Manusia memiliki puluhan ribu jenis protein berbeda. Meskipun sangat beragam, tetapi semua jenis protein merupakan polimer yang dibangun dari kumpulan 20 jenis asam amino, yaitu glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin, metionin, fenilalanin, triptofan, prolin, serin, treonin, sistein, tirosin, asparagin, glutamin, asam aspartat, asam glutamat, lisin, arganin, dan histidin. Asam amino adalah molekul organik yang memiliki gugus karboksil dan amino. Polimer asam amino disebut juga polpeptida. Suatu protein terdiri atas satu atau lebih polipeptida. Setiap polipeptida spesifik, karena memiliki urutan linier yang unik dari asam-asam amino tersebut.
Setiap jenis molekul protein memiliki bentuk tiga dimensi atau konformasi unik. Namun bentuk konformasi tersebut dapat berubah dari konformasi asli apabila terjadi perubahan kondisi fisik dan kimiawi lingkungan protein tersebut, misalnya pH, konsentrasi garam, dan suhu. Perubhan bentuk konformasi asli karena perubahan kondisi lingkungan disebut denaturasi.
4. Asam Nukleat.
Asam Nukleat berfungsi sebagai tempat penyimpanan sifat individu yang diwariskan, penyimpanan energi, dan koenzim. Asam nukleat merupakan polinukleotida, yaitu suatu polimer yang satuan penyusunnya adalah nukleotida. Nukleotida terdiri atas 3 komponen, yaitu basa nitrogen, pentosa (gula berkarbon lima), dan gugus fosfat. Ada dua golongan basa nitrogen, yaitu pirimidin dan purin. Basa nitrogen pirimidin terdiri atas timin (T), sitosin (S), dan urasil (U) sedangkan purin terdiri atas Adenin (A) dan guanin (G).
Berdasarkan jenis nukleotidanya, maka nukleat dibedakan menjadi dua macam, yaitu asam ribonukleat (RNA) dan asam deoksiribonukelat (DNA). Molekul DNA dan RNA memiliki beberapa perbedaan pokok. DNA hanya memilik satu macam jenis, sedangkan RNA memiliki tiga macam jenis, yaitu m-RNA (mesengger RNA sebagai pembawa pesan), r-RNA ( ribosomal RNA yang terdalapat dalam ribosom), dan t-RNA (transfer RNA untuk membawa asam amino).
Nukleotida tidak hanya terdapat dalam molekul DNA dan RNA, tetapi juga terdapat dalam molekul lainnya sebagai penyimpanan energi dan koenzim. Molekul nukleotida penyimpinan energi, misalnya adenosin monofosfat (AMP), adenosin difosfat (ADP), adenosin trifosfat (ATP), guanosin monofosfat (GMP), guanosin trifosfat (GTP), sitidin trisfosfat (STP), dan uridin monofosfat (UMP). Molekul nukleotida yang digunakan koenzim, contohnya adalah nikotinamida adenin dinukleotida (NAD+), flavin adenin dinukletoida (FAD, dan flavin mononukelotida (FMN).
