Makromolekul adalah molekul berukuran besar yang tersusun atas molekul-molekul yang lebih kecil. Penyusunan makromolekul biasanya dilakukan melalui proses yang disebut dengan polimerisasi. Molekul-molekul yang lebih kecil (disebut monomer) dapat berdiri sendiri.

Contoh dari makromolekul adalah protein, misal protein kedelai yang dibentuk melalui polimerase di dalam tubuh pohon kedelai dari sembilan asam amino esensial. Di dalam pencernaan manusia, protein kedelai akan dipecah kembali oleh enzim pencernaan menjadi sembilan asam amino esensial sehingga dapat diserap oleh tubuh. Kesembilan asam amino esensial tersebut pada akhirnya akan bergerak sendiri-sendiri menuju fungsinya masing-masing di dalam tubuh manusia.

Makromolekul secara struktur dibagi menjadi dua, yaitu makromolekul rantai lurus dan makromolekul bercabang. Contoh makromolekul rantai lurus adah DNA dan RNA. Contoh makromolekul bercabang adalah karbohidrat dan lemak.

Karbohidrat merupakan makromolekul yang tersusun atas karbon, hidrogen, dan oksigen. Karbohidrat lebih tepat disebut dengan istilah polisakarida dan monosakarida, di mana polisakarida tersusun atas rangkaian monosakarida. Istilah sakarida berasal dari bahasa yunani, σάκχαρον (sakcharon), yang secara harafiah berarti "kerikil", yang menggambarkan bagaimana tekstur gula pasir ketika dikunyah oleh geraham. Sukrosa, yang merupakan nama ilmiah dari gula pasir, pun pada awalnya dituliskan sebagai "saccharosa".

Monosakarida merupakan bentuk yang paling sederhana dari karbohidrat, yang tidak dapat lagi dihidrolisis menjadi senyawa yang lebih kecil. Sehingga bisa dikatakan monosakarida merupakan monomer dari polisakarida yang merupakan polimer. Monosakarida memiliki rasa yang manis, tidak berwarna, dapat larut air, dan berwujud kristal. Contoh monosakarida adalah glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Di dalam tubuh tumbuhan, gula-gula tersebut kemudian disusun menjadi berbagai jenis disakarida dan polisakarida.

Secara struktur, monosakarida adalah senyawa turunan hidrokarbon yang memiliki setidaknya satu gugus aldehida atau keton ditambah dengan gugus alkohol di atom C yang tersisa. Sedangkan penamaan struktur monosakarida secara garis besar dapat ditentukan dengan menghitung jumlah atom karon penyusun monosakarida; triosa (3C), tetrosa (4C), pentosa, dan seterusnya. Glukosa merupakan salah satu jenis heksosa, dan fruktosa merupakan salah satu jenis pentosa. Monosakarida yang terdapat gugus aldehida di salah satu ujungnya disebut dengan aldosa. Sedangkan monosakarida yang terdapat gugus keton dan di ujung-ujungnya terisi alkohol disebut dengan ketosa.

Buah tin kering merupakan sumber glukosa dan fruktosa bebas yang sangat besar, mencapai masing-masing 20 persen massa buah. Namun demikian, meski karbohidrat terdeteksi di dalam suatu bahan makanan dan memiliki rasa yang manis, belum tentu karbohidratnya atau sumber rasa manisnya berasal dari glukosa dan fruktosa. Misal ubi rambat, yang hampir 28 persennya karbohidrat namun hampir tidak ada glukosa dan fruktosanya. Sedangkan sumber galaktosa terbesar berasal dari susu mamalia.

Triosa

• 
  2,3-Dihidroksipropanal atau gliseraldehida
• 
  1,3-Dihidroksi 2-propanon, atau dihidroksiaseton

Tetrosa

• 
  1,3,4-trihidroksi 2-butanon, atau eritrulosa
• 
  2,3,4-trihidroksibutanal, atau eritrosa

Pentosa

• 
  2,3,4,5-tetrahidroksipentanal
• 
  1,3,4,5-tetrahidroksi 2-pentanon

Apa yang membentuk monosakarida menjadi senyawa makro adalah ikatan glikosida. Dengan ikatan glikosida, monosakarida dapat bersatu dengan monosakarida lainnya.

Ikatan glikosida adalah ikatan kovalen antara gugus alkohol dengan gugus yang memiliki atom hidrogen sebagai pendampingnya. Pada ikatan glikosida antar monosakarida, yang terbentuk adalah ikatan glikosida-O, karena antara dua gugus alkohol (-OH dan -OH) menghasilkan ikatan -O- dan melepaskan H₂O.

Disakarida adalah kombinasi dua monosakarida yang terikat secara glikosida. Ikatan glikosida adalah ketika gugus alkohol dari masing-masing monomer berikatan, meninggalkan atom oksigen di antara dua monomer dan melepaskan molekul air. Berikut adalah tabel daftar beberapa disakarida dan dua monosakarida yang menyusunnya.

Lokasi di mana kedua monomer berikatan juga menentukan jenis disakarida yang dibentuk. Contoh maltosa dan trehalosa, keduanya merupakan gabungan dari dua glukosa. Namun maltosa berikatan pada C1 dan C4, sedangkan trehalosa pada C1 dan C1. Struktur di bawah ini menggambarkan perbedaan antara maltosa dan trehalosa.

• 
  Maltosa
• 
  Trehalosa

Polisakarida merupakan karbohidrat yang tersusun atas monosakarida dalam jumlah yang sangat besar. Setiap monosakarida terikat dengan ikatan glikosida. Proses hidrolisis akan mengubah polisakarida menjadi monosakarida dan disakarida. Polisakarida merupakan materi utama penyusun makhluk hidup; selulosa menjadi bahan baku sel dinding tumbuhan, dan glikogen merupakan salah satu cara hewan menyimpan cadangan glukosa di dalam tubuh. Sedangkan amilum atau pati adalah polisakarida yang terdiri dari amilum dan merupakan cara tumbuhan menyimpan cadangan makanan.

Amilum atau pati adalah yang menjadi makanan pokok manusia, dan bisa didapatkan dari padi, kentang, gandum, dan jagung. Pati tidak dapat larut dalam air. Di dalam saluran pencernaan manusia, pati dipecah menjadi glukosa dengan enzim amilase. Pati dapat dipecah menjadi gula sederhana dengan zat asam, enzim, maupun kombinasi keduanya. Pemanis yang dihasilkan dari pemecahan pati tersebut biasanya digunakan oleh industri makanan. Contoh pemanis yang diapatkan dari pemecahan amilum adalah maltodekstrin, dekstrosa, sirup fruktosa, maltitol, eritritol, sorbitol, dan mannitol. Selain sebagai bahan pangan, pati juga memiliki fungsi lain, yaitu sebagai pemutih kertas, perekat, bahan baku bioetanol, dan sebagainya.

Selulosa merupakan bahan utama penyusun tubuh tumbuhan. Sama seperti amilum, selulosa tersusun atas glukosa. Namun amilum memiliki ikatan alfa (setiap molekul glukosa menghadap sisi yang sama), sedangkan selulosa memiliki ikatan beta (berselang-seling antar satu glukosa dan yang berikutnya menghadap ke arah yang berbeda) antar molekul glukosanya. Selulosa tidak dapat dicerna oleh hewan, kecuali jika hewan tersebut sudah bersimbiosis dengan bakteri pencerna selulosa di dalam perutnya. Ruminansia seperti sapi dan kambing serta rayap merupakan hewan yang sudah bersimbiosis dengan bakteri pencerna selulosa sehingga mereka dapat mencerna selulosa. Selain sebagai makanan hewan ternak, selulosa juga digunakan dalam bidang industri yaitu bahan baku kertas, serat tekstil rayon, bahan baku bioetanol, dan sebagainya.

Glikogen merupakan cara bagi hewan untuk menyimpan glukosa. Glikogen memiliki struktur menyerupai amilum, namun bentuknya melingkar dan membungkus protein glikogenin. Setelah disintesa, glikogen kemudian disimpan di dalam hati, otot, dan lapisan lemak.

Protein adalah makromolekul yang tersusun atas rantai asam amino. Protein memiliki berbagai fungsi di dalam tubuh makhluk hidup, diantaranya sebagai katalis metabolisme, replikasi DNA, respon stimuli, penyusun struktur sel dan jaringan, dan transport molekul. Protein dapat dibedakan antara satu dengan yang lainnya melalui susunan rantai atomnya, yang ditentukan dari kode DNA yang menyusun mereka.

Asam amino merupakan satuan terkecil penyusun protein. Asam amino sangat banyak jenisnya, namun asam amino penyusun protein jumlahnya hanya 22, yang disebut dengan asam amino proteinogenik. Dari ke-22 asam amino tersebut, hanya 21 yang dapat dimanfaatkan oleh manusia. Satu asam amino, yaitu pirolisin hanya bisa dimanfaatkan bakteri arkhaea. Di antara 21 asam amino tersebut, tubuh manusia hanya mampu membuat sendiri 12 asam amino. Sembilan asam amino lainnya harus didapatkan dari makanan, yang disebut dengan asam amino esensial.

Asam amino non-esensial bisa menjadi esensial tergantung pada fase pertumbuhan atau kondisi kesehatan manusia sehingga tidak memungkinkan produksi asam amino tersebut di dalam tubuhnya.

Asam amino pada dasarnya adalah asam karboksilat dengan ekor gugus amina dan rantai samping yang spesifik untuk setiap asam amino.

Sama seperti ikatan glikosida dan ikatan gliserida, ikatan peptida mengorbankan H₂O. Namun berbeda dengan keduanya yang merupakan ikatan -O-, ikatan peptida terbentuk antara C dan N (ikatan C-N).

DNA berperan penting dalam pembentukan DNA. Setiap makhluk memiliki enzim yang unik di dalam sel, saluran pencernaannya, serta sistem peredaran darahnya dikarenakan DNA mereka. Dan pembentukan protein dilakukan dalam dua tahap, yaitu transkripsi, kemudian translasi.

Transkripsi adalah penyalinan DNA menjadi RNA. Pada eukariota, penyalinan dilakukan di dalam inti sel (nukleus), dan kemudian RNA keluar dari inti sel untuk dibaca oleh ribosom. Sedangkan prokariota tidak memiliki inti sel, sehingga penyalinan dan pembacaan RNA dapat terjadi di tempat yang sama.

Translasi adalah pembacaan RNA oleh ribosom. Kode RNA dibaca setiap tiga kode yang mewakili setiap asam amino, yang dibawa oleh protein tRNA. Misal, kode UGU pada RNA merupakan kode milik asam amino sistein, sehingga sebelum sistein hinggap di dalam ribosom, ribosom tidak akan maju dan membaca kode berikutnya. Setiap asam amino yang hinggap di dalam ribosom dijalin membentuk rantai oleh ikatan peptida.

Protein yang terbentuk oleh ribosom merupakan rantai lurus yang kemudian melipat oleh berbagai mekanisme, diantaranya ikatan hidrogen antar molekul asam amino dan efek hidrofobik. Ikatan hidrogen adalah ikatan yang terbentuk dari adanya atom hidrogen dari suatu molekul tertarik oleh atom dari molekul lain yang memiliki elektron bebas. Ikatan hidrogen inilah yang menyebabkan protein membentuk struktur menyerupai spiral dan lembaran.

Sedangkan efek hidrofobik merupakan kecenderungan suatu asam amino menghindari molekul air atau tidak. Karena setiap asam amino memiliki kecenderungan terhadap air yang bervariasi, ada yang dapat larut oleh air dan ada yang tidak. Mereka yang tidak dapat larut oleh air dikatakan memiliki sifat hidrofobik (hidro = air; fobik = fobia, takut). Sehingga asam amino yang memiliki sifat hidrofobik akan tergulung ke dalam.