Biochimia moleculară este studiul funcțiilor organismelor vii. Mai exact, se concentrează pe procesele chimice implicate în structura și activitatea organismelor la nivel molecular. Persoanele care studiază biochimia moleculară se concentrează în mare măsură pe cercetarea biochimică a proteinelor, lipidelor, carbohidraților și acizilor nucleici găsiți în diferite combinații ale acestor molecule.
Moleculele pot fi foarte mari și complexe și se pot asambla în unități mari cunoscute sub numele de polimeri. Aceste macromolecule folosesc unități structurale repetate care sunt conectate prin împărțirea unui electron. Acest proces este cunoscut sub numele de legătură chimică covalentă. Polimerii sunt apoi împărțiți în subunități cunoscute sub numele de monomeri. Cel mai comun dintre acești monomeri este glucoza, care se leagă împreună pentru a forma celuloză și amidon. Un alt polimer comun este proteina, care este compusă din aminoacizi. Biochimiștii moleculari lucrează pentru a înțelege structura acestor monomeri și crearea lor mai mare de polimeri, precum și modul în care aceștia funcționează și interacționează în cadrul unui organism.
Unul dintre cele mai importante aspecte ale biologiei moleculare este înțelegerea proprietăților chimice ale moleculelor. Metabolismul celular este un exemplu de cercetare care utilizează biochimia moleculară. Reacțiile chimice apar în toate organismele vii și sunt necesare pentru menținerea vieții. Diferitele procese din interiorul celulei sunt responsabile pentru reproducere, menținerea structurii și răspunsul autonom la stimuli. Biochimiștii moleculari studiază cele două categorii principale de metabolism: catabolismul și anabolismul. Catbolismul este procesul prin care materia este descompusă și energia este recoltată în respirația celulară. Anabolismul folosește energia pentru a construi diferitele componente dintr-o celulă.
Dincolo de structurile vii ale moleculelor, biochimia moleculară studiază și virușii. Virușii se pot reproduce numai în interiorul celulei unei gazde, făcându-i o formă de pseudo-viață. Aceste entități pot avea un impact asupra diferitelor părți ale moleculelor, afectând totul, de la sinteza proteinelor până la transportul membranei celulare. Toate tipurile de organisme, vegetale sau animale, pot fi infectate cu virusuri. Biochimiștii moleculari au identificat peste 5,000 de tipuri de viruși din întreaga lume, în aproape fiecare ecosistem imaginabil. Ramura biochimiei moleculare care studiază aceste organisme este cunoscută sub numele de virologie.
Biochimia moleculară a început la începutul anilor 1800 cu Friedrich Wohler. A publicat o lucrare care dovedește că compusul organic al ureei poate fi sintetizat în 1828. Aceasta a fost urmată de descoperirea enzimei amilaze, care descompune zaharurile, în 1833 de către Anselme Payen. Amilaza a fost prima enzimă care a fost identificată și a arătat că diferite substanțe din moleculă sunt responsabile pentru diferite acțiuni. Studiile au continuat în următoarele decenii care au adus în prim plan concepte noi, cum ar fi ADN-ul. Astăzi, biochimia moleculară este unul dintre cele mai importante aspecte în înțelegerea ulterioară a elementelor de bază ale vieții.