生化学
脂質は、生体由来の比較的水に溶けないまたは非極性(英語版)の化合物グループの総称である。この範ちゅうには、ワックス、脂肪酸、脂肪酸由来のリン脂質、スフィンゴ脂質、糖脂質、およびテルペノイド(レチノイドやステロイドなど)などが含まれる。脂質には、直鎖状の脂肪族分子もあれば、環状構造を持つものもある。また、芳香族(環状と平面状の構造を持つ)分子もあれば、非芳香族分子もある。脂質には柔軟なものもあれば、硬いものもある。
脂質は通常、グリセロールが他の分子と結合して作られている。バルク脂質の主要なグループであるトリグリセリドは、1分子のグリセロールと3つの脂肪酸が含まれる。ここでいう脂肪酸はモノマーとみなされ、飽和(炭素鎖に二重結合がない)または不飽和(炭素鎖に一つ以上の二重結合がある)のいずれかになる。
脂質は通常、非極性の部分と極性の部分の両方を持っている。脂質の主な構造は非極性、つまり疎水性(水をはじく)であり、水のような極性溶媒とは混ざりにくい。
グルコースはほとんどの生命体のエネルギー源である。たとえば、多糖は酵素によってモノマーに分解される(グリコーゲンホスホリラーゼは、多糖であるグリコーゲンからグルコース残基を切断する)。ラクトース(乳糖)やスクロース(ショ糖)などの二糖類は、2つの単糖に切断される。
しかし、脂質には極性または親水性(水になじむ)の部分もあり、水などの極性溶媒と結合する傾向がある。このため脂質は、疎水性部と親水性部の両方を持つ両親媒性分子となっている。コレステロールを例に取れば、極性基は単なる-OH(ヒドロキシ基またはアルコール)である。リン脂質の場合、後述のように、より大きくて極性の強い極性基を持つ。
脂質は、私たちの毎日の食生活を支える重要なものである。バター、チーズ、ギーなど、料理や食事に使う油や乳製品のほとんどは脂肪でできている。植物油には、さまざまな多価不飽和脂肪酸(PUFA)が豊富に含まれている。脂質を含む食品は、体内で消化され、最終的な産物である脂肪酸とグリセロールに分解される。脂質、特にリン脂質は、非経口輸液などの共溶解剤として、あるいはリポソームやトランスファソーム(英語版)などの薬物担体(英語版)として、さまざまな医薬品にも使用されている。
炭水化物は、主にエネルギーの貯蔵と構造の提供という機能を持っている。よく知られている糖類であるグルコースは炭水化物の一つであるが、すべての炭水化物が糖類というわけではない。炭水化物は、地球上に最も多く存在する生体分子であり、エネルギー貯蔵、遺伝情報の保存、細胞間の相互作用(英語版)やコミュニケーションなど、さまざまな役割を果たしている。
単糖は最も単純な炭水化物で、炭素、水素、酸素を通常は1:2:1の比率で含んでいる(一般式はCnH2nOn、nは少なくとも3)。グルコース(C6H12O6)は最も重要な炭水化物であり、その他には甘い果物に含まれるフルクトース(C6H12O6)や、DNAの構成要素であるデオキシリボース(C5H10O4)などがある。単糖には、非環式(開鎖型)と環式の状態がある。開鎖型は、一方の端のカルボニル基と他方の端のヒドロキシ基の酸素原子により架橋された炭素原子の環に変化したものである。この環状分子は、直鎖状がアルドースかケトースかによって、ヘミアセタール基かヘミケタール基を持つ。
これらの環状分子は、通常5個または6個の原子を含む環を持ち、それぞれフラノースおよびピラノースと呼ばれる。