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高分子とは、「相対分子量が大きく、その構造が、実際または概念的に、相対分子量の小さい分子から派生した単位の多重繰り返しから本質的に構成される分子」である。 [ 1 ] 多くの消費財によく使用されるポリマーは、高分子の例である。一般的な高分子には、生体高分子（RNAとDNA、タンパク質、炭水化物）[ 2 ] 、ポリオレフィン（ポリエチレン）およびポリアミド（ナイロン）がある。
多くの高分子は合成ポリマー（プラスチック、合成繊維、合成ゴム）である。ポリエチレンは特に大規模に生産されており、エチレンは化学工業の主要製品となっている。[ 3 ]
合成高分子の様々な種類の例としては、以下のようなものがある。
有機金属材料を対象範囲に含める場合、金属有機構造体（MOF）も含まれる可能性があります。さらに、水素結合やπスタッキングなどの他の非共有結合も考慮に入れると、さまざまなタイプの超分子ネットワークも含まれます。[ 4 ]
すべての生物は、生物学的機能のために、DNA、RNA、タンパク質という3つの必須生体高分子に依存しています。[ 5 ]これらの分子はそれぞれ細胞内で独特の不可欠な役割を果たしているため、生命に必要です。[ 6 ]簡単にまとめると、DNAがRNAを作り、次にRNAがタンパク質を作ります。
DNA、RNA、タンパク質はすべて、関連する構成要素（DNAとRNAの場合はヌクレオチド、タンパク質の場合はアミノ酸）が繰り返し構造を形成している。一般的に、これらはすべて分岐のないポリマーであり、ひも状の形で表すことができる。実際、これらはビーズの連なりと考えることができ、各ビーズは単一のヌクレオチドまたはアミノ酸モノマーを表し、それらが共有結合によって非常に長い鎖状に連結されている。
ほとんどの場合、鎖内のモノマーは他のアミノ酸やヌクレオチドと相互作用する強い傾向を持っています。DNAやRNAでは、これはワトソン・クリック塩基対（G - C、A - T、またはA- U）の形をとりますが、より複雑な相互作用も数多く起こり得ます。
DNAは二本鎖構造であるため、実質的にすべてのヌクレオチドは、二重らせんの2本の相補鎖上のヌクレオチド間でワトソン・クリック塩基対の形をとる。[ 7 ]
対照的に、RNAとタンパク質は通常一本鎖である。そのため、DNA二重らせんの規則的な形状に制約されず、配列に応じて複雑な三次元構造に折り畳まれる。これらの異なる形状は、特異的な結合ポケットの形成や生化学反応の触媒能力など、RNAとタンパク質に共通する多くの特性に関与している。
DNAは、あらゆる生物の組み立て、維持、複製に必要な一連の指示（ゲノム）を符号化する情報貯蔵高分子である。 [ 8 ]
DNAとRNAはどちらも遺伝情報を符号化する能力を持っている。なぜなら、DNAまたはRNA配列内にコード化された情報を読み取り、それを用いて特定のタンパク質を生成する生化学的メカニズムが存在するからである。一方、タンパク質分子の配列情報は、細胞によって機能的に遺伝情報を符号化するためには利用されない。[ 2 ]： 5
DNAには、遺伝情報を符号化する上でRNAよりもはるかに優れている3つの主要な特徴があります。第一に、DNAは通常二本鎖であるため、すべての細胞において各遺伝子をコードする情報が少なくとも2コピー存在します。第二に、DNAはRNAよりも分解に対する安定性がはるかに高く、これは主にDNAの各ヌクレオチドに2'-ヒドロキシル基が存在しないことに起因します。第三に、DNAの損傷を監視し、必要に応じて配列を修復する高度なDNA監視・修復システムが備わっています。損傷したRNA分子を修復するための同様のシステムは進化していません。その結果、染色体は数十億個の原子を特定の化学構造で配置することができます。
タンパク質は、生命を維持する生化学反応を触媒する機能的な高分子です。[ 2 ]： 3タンパク質は、光合成、神経機能、視覚、運動など、生物のすべての機能を担っています。[ 9 ]
タンパク質分子は一本鎖構造であり、20種類以上の異なるアミノ酸から構成されているため、多様な三次元構造に折り畳むことができ、様々な分子と特異的に相互作用できる結合ポケットを備えています。さらに、異なるアミノ酸の化学的多様性と、局所的な三次元構造によってもたらされる多様な化学環境により、多くのタンパク質は酵素として機能し、細胞内で幅広い特定の生化学的変換を触媒することができます。加えて、タンパク質は、ポリペプチド鎖単体では発揮されない特定の活性をタンパク質に付与できる、より小さな分子である補因子や補酵素といった、幅広い種類の補因子と結合する能力を進化させてきました。
RNAは多機能であり、その主な機能は細胞のDNA内の指示に従ってタンパク質をコードすることである。 [ 2 ]： 5真核生物では、タンパク質合成の多くの側面を制御および調節する。
RNAは、タンパク質のアミノ酸配列に翻訳可能な遺伝情報をコードしており、これはすべての細胞内に存在するメッセンジャーRNA分子や、多数のウイルスのRNAゲノムによって証明されています。RNAは一本鎖構造であること、急速に分解する傾向があること、そして修復システムが欠如していることから、DNAほど遺伝情報の長期保存には適していません。
さらに、RNAは一本鎖ポリマーであり、タンパク質と同様に、非常に多くの三次元構造に折り畳むことができます。これらの構造の中には、他の分子の結合部位や、結合した分子上で特定の化学反応を触媒できる化学的に活性な中心を提供するものがあります。RNAの構成要素の種類が限られていること（4つのヌクレオチドに対し、タンパク質は20種類以上のアミノ酸）と、化学的多様性の欠如により、触媒RNA（リボザイム）は、ほとんどの生物学的反応において、タンパク質よりも触媒としての効率が一般的に劣ります。
リグニンは、広く存在する天然の高分子です。樹木の質量の約3分の1を占めています。リグニンは架橋によって生成されます。リグニンに関連するポリフェノールは、複数のフェノールサブユニットが分岐した構造をしています。ポリフェノールは、構造的な役割（例えばリグニン）だけでなく、シグナル伝達、色素沈着、防御に関わる二次代謝産物としての役割も果たします。
炭水化物高分子（多糖類）は、単糖類のポリマーから形成されます。[ 2 ]： 11単糖類は複数の官能基を持つため、多糖類は線状ポリマー（例：セルロース）または複雑な分岐構造（例：グリコーゲン）を形成できます。多糖類は、エネルギー貯蔵（例：デンプン）や構造成分（例：節足動物や菌類のキチン）として、生物内で数多くの役割を果たしています。多くの炭水化物は、官能基が置換または除去された修飾単糖単位を含んでいます。
