miniatura|Imatge tridimensional d'una macromolècula (una proteïna). Una macromolècula és una molècula de massa molecular relativa entre cinc mil i desenes de milions, unes dimensions entre 0,001 mm i 0,000 001 mm, que s'estructura a partir d'enllaços covalents, majoritàriament entre àtoms de carboni, per bé que també pot contenir-ne d'altres en menor proporció, l'estructura de la qual comprèn essencialment la repetició múltiple d'unitats derivades, real o conceptualment, de molècules de baixa massa molecular relativa. miniatura|Estructura del diamant format exclusivament per carbonis enllaçats amb enllaços covalents σ. La formació d'un gran nombre d'enllaços carboni-carboni s'explica perquè l'energia d'enllaç és relativament alta, la qual cosa implica que la formació de macromolècules és un procés exotèrmic i, per tant, molt favorable. Per exemple, una molècula de polietilè, un material plàstic, pot constar de fins a 2 500 grups metilè, cadascun compost per dos àtoms d'hidrogen i un àtom de carboni. La massa molecular corresponent d'aquesta macromolècula és de l'ordre de 35 000. La insulina, una hormona proteica present al pàncrees i responsable de la regulació dels nivells de sucre en sang, té una unitat molecular derivada de 51 aminoàcids (molècules que contenen carboni, hidrogen, oxigen, nitrogen i, de vegades, sofre). La massa molecular exacte de la insulina del bestiar boví s'ha determinat en 5 734, té la fórmula molecular C254H377N65O75S6.

El silici, tot i que també pot formar múltiples enllaços silici-silici, no forma molècules tan grosses. En la natura es troben diversos exemples d'elements formats per macromolècules: la cel·lulosa, les proteïnes i els virus, i també els diamants i els silicats. A través de processos de síntesi és possible obtenir polímers de manera industrial, com el polietilè, el poliestirè i el neoprè. miniatura|Fórmules del niló 6 i del niló 6,6. El mot «macromolècula» és un mot compost de macro–, que prové del grec μακρὀς makrós ‘llarg’, ‘gran’ i del mot molècula. Segons la IUPAC, el terme «macromolècula» inclou els composts anomenats «polímers», que són substàncies constituïda per unitats estructurals idèntiques repetides. Els polímers poden ser naturals (cel·lulosa, midó...) o sintètics (poliestirè, niló...).

Les biomacromolècules, macromolècules biològiques, més importants són: els polisacàrids que pertanyen als glúcids (com el midó i la cel·lulosa); les proteïnes que pertanyen als pròtids; l'ADN i l'ARN, que són àcids nucleics; els lípids complexos. Els polímers sintètics inclouen les matèries plàstiques, les gomes sintètiques i les fibres, i tenen un amplíssim camp d'aplicacions tecnològiques. Els polímers inorgànics més importants són a base de silici.

Propietats Les propietats fisicoquímiques de les macromolècules depenen de llur dimensió, de llur estructura i dels grups funcionals presents a la molècula. Les substàncies amb disposició tridimensional dels monòmers (com són ara els diamants) presenten unes característiques d'una duresa més alta que quan els monòmers són disposats d'una manera compacta. En general, les macromolècules tenen un comportament i unes propietats físiques gens comunes. Per exemple, poden presentar una agregació supramoleculars, amb comportaments de cristalls líquids, la dificultat de dissoldre's en una solució, la facilitat de desnaturització a determinades concentracions, o la capacitat de presentar fenòmens de naturalesa col·loidal.

Les masses moleculars de les macromolècules es determinen per osmometria (mesura de la pressió osmòtica), per estudi de la viscositat, per ultracentrifugació i per dispersió de la llum. L'estudi de les macromolècules en dissolució ha d'ésser completat per mètodes purament químics o físics, com la microscòpia electrònica o l'anàlisi amb raigs X. miniatura|Cotó és una fibra vegetal constituïda per macromolècules.

Història La humanitat ha emprat les macromolècules naturals des d'èpoques remotes. L'asfalt, la goma aràbiga, la llana, el cotó, el làtex o la cel·lulosa (paper) en són exemples. No obstant això, l'estudi de les macromolècules començ amb la descoberta dels processos de polimerització industrialitzats, especialment d'ençà dels anys quaranta del , fet que possibilità la fabricació de plàstics, resines, fibres sintètiques, cautxús artificials, etc., els quals conformen en l'actualitat una part substancial de la indústria química. Aquest desenvolupament extraordinari impulsà de manera notable la recerca en aquest àmbit. Posteriorment es reconegué la naturalesa macromolecular d'un gran nombre de materials biològics (proteïnes, àcids nucleics...) i se'n elucidà la constitució física i química, així com la funcionalitat. miniatura|El paper es fabrica amb macromolècules de cel·lulosa. Els primers polímers sintetitzats s'obtingueren mitjançant transformacions de polímers naturals. L'any 1839, l'estatunidenc Charles Goodyear (1800-1860) efectuà la vulcanització del cautxú. La nitrocel·lulosa fou sintetitzada accidentalment l'any 1846 pel químic alemany Christian Schönbein (1799-1868). El procediment per a la síntesi del cel·luloide es veié simplificat arran d'un concurs celebrat el 1860 als Estats Units per trobar un substitut de l'ivori per a la fabricació de boles de billar. L'estatunidenc John Wesley Hyatt (1837-1920) obtingué el cel·luloide dissolent cel·lulosa en càmfora i etanol. Amb aquest polímer es començaren a fabricar objectes diversos com ara mànecs de ganivet, muntures d'ulleres i pel·lícules fotogràfiques, sense les quals no s'hauria pogut iniciar la indústria cinematogràfica a la darreria del . L'any 1907, el químic estatunidenc d'origen belga, Leo Baekeland (1863-1944) inventà la baquelita, el primer plàstic termoestable. La baquelita és aïllant i resistent a l'aigua, als àcids i a la calor moderada, raó per la qual s'emprà ràpidament en nombrosos objectes d'ús domèstic i components elèctrics.miniatura|Telèfon fabricat amb baquelita.miniatura|Cinta de tefló.El 1920 el químic alemany Hermann Staudinger (Premi Nobel el 1953) introduí la idea que els polímers són llargues cadenes d'unitats petites unides per enllaços covalents, superant la idea primitiva que, per analogia amb la química inorgànica, negava la possibilitat d'existència de composts orgànics d'elevat pes molecular i considerava els polímers com a agregats colloïdals (col·loide, cristal·loide) de molècules petites unides entre elles per forces de valència secundària. La teoria d´Staudinger fou confirmada pel químic estatunidenc Wallace Carothers (1896-1937) en la preparació del niló i del cautxú artificial i, sobretot, per l'extraordinària aportació a partir del 1937 de Paul J. Flory (Premi Nobel el 1974), el qual establí els fonaments científics i desenvolupà extensament les bases teòriques de la ciència dels polímers. A la dècada dels anys trenta, químics anglesos descobriren que el gas etilè polimeritzava sota l'acció de la calor i la pressió per formar un termoplàstic que anomenaren polietilè (PE). Vers els anys cinquanta aparegué el polipropilè (PP). En reemplaçar en l'etilè un àtom d'hidrogen per un de clor, s'obtingué el clorur de polivinil (PVC), un plàstic dur i resistent al foc, especialment adient per a canonades de tota mena. En afegir-hi diversos additius s'obté un material més tou, substitutiu del cautxú, comunament emprat per a roba impermeable, estovalles, cortines o joguines. Un plàstic semblant al PVC és el politetrafluoroetilè (PTFE), conegut popularment com a tefló i emprat per a corrons i paelles antiadherents. El poliestirè (PS), desenvolupat també durant la dècada de 1930 a Alemanya, esdevé un material d'una gran transparència, que se sol emprar en la manufactura de tassons, estovalles, pots i oueres, per la gran resistència a l'alteració química i mecànica a baixes temperatures, així com una minúscula absorció d'aigua. El poliestirè expandit (EPS), una escuma blanca i rígida, s'utilitza bàsicament per a embalatge i com a aïllant tèrmic. Paral·lelament, en aquest període, s'obté el poli(metacrilat de metil) (PMMA) o Plexiglàs, amb unes propietats òptiques excel·lents i pot ser destinat a la fabricació d'ulleres i lents, o bé a l'enllumenat públic i publicitari. Així mateix, veié la llum la primera fibra artificial, el niló, descobert per Carothers. Primer va servir per a la confecció de paracaigudes per a les forces armades nord-americanes durant la Segona Guerra Mundial, si es va popularitzar ràpidament en la indústria tèxtil per a la fabricació de mitges i altres teixits en combinació amb cotó o llana. Al niló el succeïren altres fibres sintètiques com l'orló i l'acrilà. miniatura|Tub de brom Br2 dins d'un bloc de polimetacrilat.Ja avançat el , adquiriren un interès particular els avenços en els plàstics tècnics, com els policarbonats, els acetats i les poliamides. Començaren a emprar-se altres materials sintètics per substituir metalls en components de maquinària, cascos de seguretat, aparells sotmesos a altes temperatures i molts altres productes utilitzats en indrets amb condicions ambientals extremes. En l'envasament en ampolles i flascons, l'ús del tereftalat de polietilè (PET) experimentà un creixement vertiginós, que desplaçà el vidre i el PVC en el mercat d'envasos.

A principi del , la comunitat internacional ha començat a prendre consciència que les grans propietats mecàniques i de resistència dels polímers, lloades i admirades durant molts anys, poden esdevenir també una arma de doble tall amb greus conseqüències mediambientals. La creixent mala reputació entre la població general dels materials polimèrics és la conseqüència del mal ús i de l'abús dels plàstics al llarg del . És palès, tanmateix, que molts d'aquests materials són beneficiosos i insubstituïbles per a un gran nombre d'aplicacions i que la nostra vida ja és inconcebible sense. En aquest context, en les darreres dècades, el desenvolupament de polímers biocompatibles i biodegradables focalitza molts esforços de recerca en aquest àmbit.

Biomacromolècules Polisacàrids

miniatura|Fórmula de la cel·lulosa. Els glúcids o carbohidrats són biomolècules formades per polihidroxialdehids o polihidroxicetones i també de llurs polímers i derivats. Llur fórmula empírica és (CH2O)n, en la qual l'oxigen i l'hidrogen són en la mateixa proporció que en l'aigua, per la qual cosa foren anomenats hidrats de carboni. Els més simples són els sucres o monosacàrids, que són cristal·lins, solubles en aigua i dolços; són constituïts per un sol polihidroxialdehid o polihidroxicetona, amb diversos carbonis substituïts asimètricament, que comporten una activitat òptica de la molècula i l'existència de nombrosos isòmers enantiomorfs. miniatura|Fórmula de l'àcid hialurònic. Els monosacàrids poden unir-se entre ells per l'enllaç acetàlic o glucosídic. Hom anomena polisacàrids els de cadenes molt llargues, ramificades o no, formats per milers de monosacàrids repetits. Hom els divideix en homopolisacàrids i heteropolisacàrids, segons que siguin formats per un sol tipus de monosacàrids (com el midó) o per diferents tipus (com l'àcid hialurònic). Tenen dues funcions principals: alguns (com el midó) fan de magatzem de combustible i proporcionen energia per a l'activitat cel·lular, d'altres (com la cel·lulosa) són elements estructurals extracel·lulars. Els primers, anomenats polisacàrids de reserva, es dipositen en el citoplasma de la cèl·lula en forma de grans grànuls. Els segons són anomenats polisacàrids de sosteniment; entre aquests hi ha la lignina, l'agar-agar, la goma aràbiga, etc. Els polisacàrids també formen part de la paret cel·lular dels bacteris, de les plantes i de les cobertes cel·lulars toves dels teixits animals.

Proteïnes

miniatura|Unitat que es repeteix a les proteïnes. Cal observar que hi ha unitats amb cadenes R diferents (les dels diferents aminoàcids), la qual cosa fa que les proteïnes no siguin polímers.