Biomoleküle sind Moleküle organischer Substanzen, die in Lebewesen vorkommen. Sie bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff, die mit Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Arsen oder Schwefel chemische Verbindungen eingehen. Auch andere Elemente können Bestandteil von Biomolekülen sein, sind jedoch weniger häufig. So besitzen viele Enzyme und andere Biomoleküle ein oder mehrere Metallatome, etwa Hämoglobin und die ähnlichen Cytochrome und Chlorophylle oder der Wasserspaltungskomplex WOC (englisch water oxidizing complex, auch OEC, oxygen evolving complex) der Photosynthese.

Nach Größe und Art der Biomoleküle werden diese in drei Klassen eingeteilt:

Kleine Moleküle besitzen eine relativ niedrige Molekülmasse und werden nicht als Bausteine von hochmolekularen Stoffen verwendet. Diese Gruppe ist äußerst heterogen und besteht aus verschiedensten chemischen oder funktionalen Stoffgruppen.

Beispiele

• Lipide, Phospholipide, Glycolipide, Sterol
• Vitamine
• Hormone, Neurotransmitter

Monomere sind die ebenfalls niedrigmolekularen Grundbausteine von polymeren Biomolekülen. Sie werden durch Enzyme (z.B. Polymerasen) unter Wasserabspaltung zu den entsprechenden hochmolekularen Substanzen verknüpft. Diese Gruppe besteht im Wesentlichen aus den Aminosäuren, den Monosacchariden und den Nukleotiden:

• Aminosäuren sind die Bausteine, aus denen Proteine und damit auch Enzyme zusammengesetzt sind. Da beim Menschen viele Aminosäuren nicht selbst synthetisiert werden können, müssen sie mit der Nahrung aufgenommen werden und sind damit essentiell.
• Monosaccharide oder Einfachzucker dienen einerseits als Monomere für polymere Kohlendydrate, die Polysaccharide, andererseits sind sie auch Bestandteile vieler kleiner Biomoleküle und auch der Nukleotide.
• Nukleotide bestehen aus einem Monosaccharid (Ribose oder Desoxyribose), das mit einer Nucleinbase und einem Phosphorsäure-Rest verbunden ist. Die Nucleotide sind Monomere für die beiden Nucleinsäuren DNA und RNA sowie Bestandteil anderer wichtiger Biomoleküle wie AMP, ADP, ATP oder NADH.

Viele Biomoleküle sind aus Monomeren aufgebaute Biopolymere. Diese Makromoleküle dienen als Gerüstsubstanzen (Polysaccharide, Proteine, Glykoproteine) oder Biokatalysatoren, zur Energiespeicherung (Polysaccharide) oder Speicherung der genetischen Informationen (Nukleinsäuren). Die Polymere können von Enzymen aus der Klasse der Hydrolasen wieder in ihre Einzelbausteine zerlegt werden.

Beispiele

• Peptide, Oligopeptide, Proteine
• Nukleinsäuren, wie z. B. DNA, RNA,
• Oligosaccharide, Polysaccharide wie z. B. Glykogen, Stärke (Amylose und Amylopektin), Chitin, Callose, Zellulose, Fruktane, Dextrane, Inulin

• Peter Schuster: Künstliche Evolution – Von der Theorie zur Erzeugung neuer Biomoleküle mit vorherbestimmbaren Eigenschaften. Nach einem Vortrag gehalten am 20. September 1998 vor der 120. Versammlung der Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Ärzte (PDF)
• Fritz G. Parak: Biomoleküle in Bewegung: Proteindynamik. Physik in unserer Zeit, 35(6), 2004, 274–281, doi:10.1002/piuz.200401052