Die Wichtigkeit von Makromolekülen lässt sich alleine schon daran ableiten, dass alles Leben mit der makromolekulare Struktur von Stoffen verbunden ist. Darunter erwähnenswert sind beispielsweise auf Naturstoffen basierende Polymere, wie Cellulose, Stärke, Wolle und Naturkautschuk oder makromolekularen Stoffe, die auf synthetischem Wege hergestellt werden wie Polystyrol oder Polyvinylchlorid. Hermann Staudinger schlug im Jahre 1922 erstmals die neue Bezeichnung “Makromoleküle” vor. Künstliche Makromoleküle werden dabei als Polymere (bzw. Kunststoffe) bezeichnet.
Die Bedeutung der Makromoleküle beruht auf der großen Vielfalt. So lassen sich durch die Art und Anordnung der am Aufbau beteiligten Atome eine Vielfalt von Makromolekülen mit unterschiedlichen Eigenschaften erzeugen. Neben der Auswahl des Monomers kann auch das Herstellungsverfahren und die Beimischung von Additiven variiert werden. Dabei lassen sich die technischen Eigenschaften wie Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur- und chemische Beständigkeit und somit fast grenzenlos einsetzen.
Wie in der Einleitung beschrieben, bestehen Makromoleküle aus sich wiederholenden Monomeren. Will man sich näher mit den Eigenschaften von Makromolekülen befassen, so muss man sich mit der Struktur bzw. mit dem Strukturaufbau näher befassen. Die Struktur eines Makromoleküls lässt sich dabei in
Wie oben erwähnt, ergibt sich die Primärstruktur aus der Verknüpfung der Monomere und somit der Aufbau der Makromoleküle. Der chemische Aufbau der Makromoleküle hängt von der Art der Monomeren und der Verknüpfungsart ab. So kann das Makromolekül linear, verzweigt oder aber auch vernetzt sein (je nach Monomer). Gerade die Art der Verknüpfung der Monomeren ist für viele Eigenschaften der Kunststoffe verantwortlich.
Die Sekundärstruktur ergibt sich auch der räumlichen Anordnung eines einzelnen Makromoleküls. Die Sekundärstruktur beruht auf verschiedenen intermolekularen Anziehungskräften, also Van-der-Waals-Kräfte (Dispersionskräfte), Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken-Bindungen. Damit ergeben sich gestrecke, helicale oder gefaltete Strukturen für ein Makromolekül. Bei synthetischen Makromolekülen (Kunststoffe) ist das statistische Knäuel die dominierende Sekundärstruktur.
Die Aggregatstruktur ist verantwortlich für Übergang von der rein molekularen Ebene (ein einzelnes Makromolekül) zu sichtbaren Aggregaten aus einer Vielzahl von gleichen bzw. verschiedener Makromoleküle. Diese Struktur ist verantwortlich für den sogenannten Aggregatzustand des “Stoffes”, also zwischen fest und flüssig.
Also lässt sich mit Hilfe der Kenntnis der Pimärstuktur in Grenzen das Gewicht des Makromoleküls beeinflussen (verzweigtes oder unverzweigtes Polymer, schwere Heteroatome in Kohlenwasserstoffmonomere) und in Grenzen auch das chemische Grundverhalten (wie z.B. Säurebeständigkeit) beeinflussen. Zusammengefasst ist die Primärstruktur für die chemischen Eigenschaften verantwortlich. Die Sekundärssturktur bzw. Aggregatstruktur sind hauptsächlich für die physikalischen bzw. mechanischen Eigenschaften, wie z.B. Aggregatzustand oder Härte verantwortlich.
Makromoleküle sind große Moleküle aus vielen Einzelteilen, die repetitive Struktureinheiten (Monomere) enthalten. Normalerweise haben sie höhere molekulare Massen als herkömmliche Moleküle.
Die häufigsten Makromoleküle in der Biologie sind Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate und Lipide.
Makromoleküle sind aufgebaut aus Monomeren, die durch kovalente Bindungen miteinander verbunden sind.
Proteine haben eine komplexe Struktur, die in vier Ebenen unterteilt werden kann: die Primärstruktur, die durch die spezifische Sequenz von Aminosäuren bestimmt wird, die Sekundärstruktur, die durch Wasserstoffbrückenbildungen gebildet wird, die Tertiärstruktur, die die dreidimensionale Struktur eines Proteins darstellt, und die Quaternärstruktur, die das Zusammentreffen mehrerer Proteineinheiten bezeichnet.
Die Primärstruktur eines Proteins bezieht sich auf die spezifische Sequenz von Aminosäuren, die durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind.
Die Monomere in einem Makromolekül werden durch kovalente Bindungen zusammengehalten.
Ein Polymer ist ein Makromolekül, dass aus vielen identischen oder ähnlichen Untereinheiten (Monomeren) besteht, die chemisch miteinander verbunden sind.
Makromoleküle tragen zu verschiedenen Aspekten des Lebens bei. Sie sind unter anderem für den Aufbau von Zellen, die Speicherung von Energie, den Transport von Substanzen und viele Funktionen im Zellstoffwechsel verantwortlich.
Makromoleküle können durch spezielle chemische Reaktionen namens Hydrolyse abgebaut werden, bei denen Wasser hinzugefügt wird, um die Bindungen zwischen den Monomeren zu spalten. Der Aufbau von Makromolekülen, insbesondere Proteinen, erfolgt durch Dehydrationssynthese, bei der Wasser eliminiert wird, um ein neues Molekül zu bilden.
Ein beliebtes Beispiel für ein Makromolekül, das nicht biologischen Ursprungs ist, sind Kunststoffe.