Макромоле́кула — совокупность большого числа атомов, соединенных между собой химическими связями. Как правило, макромолекулы состоят из повторяющихся единиц — мономеров, объединившихся в макромолекулу. Термин макромолекула введен Г. Штаудингером в 1922 году. Макромолекулами являются любые молекулы, молекулярный вес которых превышает несколько тысяч, т. е. молекулы полимеров, полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот. Одна и та же макромолекула обычно может принимать множество конформаций молекулы — различающихся пространственных структур макромолекул при сохранении длин валентных связей и углов (см. Изомерия молекул).
Макромолекулами являются молекулы полимеров. Молекула полимера построена по принципу повторения идентичных (у макромолекул гомополимера) или различных (у макромолекул сополимера) структурных единиц — мономерных повторяющихся звеньев. Макромолекулы бывают линейные и разветвленные. В линейных макромолекулах эти звенья соединены ковалентно в цепочку, длина которой характеризуется степенью полимеризации или молекулярной массой. Молекулярная масса является однозначной характеристикой обычных молекул и макромолекул многих биологических веществ, в том числе макромолекул биополимеров. В этом случае молекулярная масса определяется числом n повторяющихся звеньев, которое называется степенью полимеризации.
Практически любой синтетический полимер представляет собой набор полимергомологов, макромолекулы которых имеют разную степень полимеризации. Это свойство называется полидисперсностью или полимолекулярностью. Поэтому макромолекулы синтетических полимеров нельзя характеризовать одним определенным значением n или молекулярной массы М. Совокупность макромолекул данного полимера, в отличие от молекул низкомолекулярного вещества, представляет собой набор цепей, в случае, например, гомополимеров, имеющих одинаковую химическую структуру, но разную длину. Синтетические макромолекулы в растворе, а также в аморфном состоянии обычно имеют большой набор конформаций. Глобулярные белки, представляющие собой природные линейные макромолекулы, содержащие в качестве повторяющихся единиц аминокислотные остатки, имеют одну, строго фиксированную конформацию, определяющую их функционирование в живой клетке.
Для макромолекул характерна изменчивость геометрических размеров и формы, не связанная с химическими превращениями. Благодаря этому одним из главных свойств макромолекул является их гибкость, то есть способность полимерных цепей изменять свою конформацию в результате внутримолекулярного теплового движения звеньев или под влиянием внешних механических факторов. Гибкость обусловлена возможностью вращения атомов цепи и звеньев в целом вокруг простых (одинарных) связей. Гибкость макромолекул следует отличать от подвижности, которую ограничивают внешние факторы — взаимодействие с растворителем или соседними макромолекулярными цепями.
Макромолекулы с одинаково повторяющимися единицами называются стереорегулярными. Такие макромолекулы в твердом состоянии могут образовывать состояние, характеризующееся наличием кристаллических областей с идеально плотной упаковкой (см. Кристаллические полимеры). Аморфные области включают участки изгиба макромолекул. Паракристаллическую структуру имеют и волокна макромолекул, например, волокна нуклеиновых кислот и полисахаридов. Глобулярные макромолекулы кристаллизуются как молекулы низкомолекулярных соединений, однако в большинстве случаев их кристаллы несовершенны. Число возможных способов распределения разных звеньев вдоль цепи определяет конфигурационную энтропию макромолекулы; отрицательное значение этой величины представляет собой меру информации, которую может содержать макромолекула. Способность макромолекул к хранению информации является одной из самых важных их характеристик, значимость которой стала понятна лишь после открытия генетического кода.