Le molecole organiche, gli elementi costitutivi della vita, sono definite dalla presenza di carbonio (C). Nella maggior parte dei casi, ciascun atomo di carbonio si lega all'idrogeno (H) o all'ossigeno (O). Anche l'azoto (N) è comune, soprattutto nelle proteine e negli acidi nucleici.
Queste macromolecole sono tipicamente grandi e comprendono da centinaia a migliaia di atomi. La tetravalenza del carbonio gli consente di formare diverse strutture principali, lineari, cicliche o ramificate, rendendolo il nucleo della chimica organica.
La solubilità in acqua varia ampiamente. Ad esempio, gli acidi grassi che compongono i lipidi sono idrofobici e resistono all’acqua, mentre molti zuccheri si dissolvono facilmente. Circa un terzo della massa del corpo umano è costituito da molecole organiche.
Il DNA (acido desossiribonucleico) e l'RNA (acido ribonucleico) sono gli unici acidi nucleici presenti in natura. La loro struttura portante zuccherina – desossiribosio nel DNA e ribosio nell’RNA – differisce per un singolo atomo di ossigeno. La doppia elica del DNA memorizza il codice genetico, mentre l’RNA esiste in tre forme primarie. L'RNA messaggero (mRNA) trasporta le istruzioni dal DNA ai ribosomi, dove vengono sintetizzate le proteine.
I carboidrati rappresentano collettivamente la classe più abbondante di molecole organiche sul pianeta. Il loro ruolo spazia dalla nutrizione cellulare di base al supporto strutturale nelle piante. Tutti i carboidrati condividono il rapporto di due idrogeni per ogni atomo di ossigeno e carbonio, dando la formula generale (CH₂O)ₙ. Gli zuccheri semplici come il glucosio (C₆H₁₂O₆), il fruttosio e il galattosio sono monosaccaridi. Quando collegati insieme, formano polisaccaridi come il glicogeno, una riserva di energia nei muscoli e nel fegato, e la cellulosa, un componente strutturale delle pareti cellulari delle piante che gli esseri umani non possono digerire.
I lipidi rappresentano il 15-20% della massa corporea magra, rendendoli una componente significativa anche negli individui con un tessuto adiposo minimo. Contengono un'elevata percentuale di carbonio e idrogeno rispetto all'ossigeno, il che spiega la loro natura idrofobica. I grassi alimentari, noti come trigliceridi, sono costituiti da una struttura di glicerolo legata a tre acidi grassi, che possono essere saturi o insaturi.
Le proteine sono le macromolecole più svariate, che forniscono supporto strutturale e catalizzano reazioni biochimiche. Sono assemblati da 20 amminoacidi standard, ciascuno contenente azoto. La traduzione dell'mRNA da parte dei ribosomi, aiutata dall'RNA di trasferimento (tRNA), produce catene polipeptidiche che si ripiegano in proteine funzionali.
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