A diferencia de los monosacáridos, los nucleótidos y los aminoácidos, los ácidos grasos no son monómeros que se unen para formar moléculas mucho más grandes. Aunque los ácidos grasos pueden unirse, por ejemplo, en triacilgliceroles o fosfolípidos, no están unidos directamente entre sí, y generalmente no hay más de tres en una molécula determinada. Los ácidos grasos son largas cadenas de átomos de carbono rematadas por un grupo carboxilo. La longitud de la cadena puede variar, aunque la mayoría tiene entre 14 y 20 carbonos, y en las plantas y animales de orden superior, los ácidos grasos con 16 y 18 carbonos son las especies principales.

Debido al mecanismo de síntesis, la mayoría de los ácidos grasos tienen un número par de carbonos, aunque también pueden generarse cadenas de carbono impares. Se puede generar más variedad mediante dobles enlaces entre los carbonos. Las cadenas de ácidos grasos sin dobles enlaces son saturadas, porque cada carbono está saturado con tantos átomos de hidrógeno enlazados como sea posible. Las cadenas de ácidos grasos con dobles enlaces son insaturadas (Figura \(\PageIndex{13}\}). Las que tienen más de un doble enlace se denominan poliinsaturadas. Los ácidos grasos de las células eucariotas se dividen casi por igual entre los tipos saturados e insaturados, y muchos de estos últimos pueden ser poliinsaturados. En los procariotas, la poliinsaturación es rara, pero otras modificaciones como la ramificación y la ciclización son más comunes que en los eucariotas. A continuación se muestra una tabla de ácidos grasos comunes.

Existen importantes diferencias físicas entre los ácidos grasos saturados e insaturados debido simplemente a la geometría de los carbonos de doble enlace. Un ácido graso saturado es muy flexible con rotación libre alrededor de todos sus enlaces C-C. Los diagramas y fórmulas lineales habituales que representan los ácidos grasos saturados también sirven para explicar la capacidad de los ácidos grasos saturados para empaquetarse estrechamente, con muy poco espacio intermedio. En cambio, los ácidos grasos insaturados no pueden empaquetarse tan estrechamente debido a la restricción rotacional que supone el doble enlace. Los carbonos no pueden girar alrededor del doble enlace, por lo que se produce un «pliegue» en la cadena. Generalmente, los carbonos de doble enlace en los ácidos grasos están en la configuración cis, introduciendo una curvatura de 30 grados en la estructura.

Los ácidos grasos del interior de las células suelen ser partes de moléculas más grandes, en lugar de ácidos libres. Algunos de los lípidos más comunes derivados de los ácidos grasos son los triacilgliceroles, los fosfoglicéridos y los esfingolípidos. Los triacilgliceroles, como su nombre indica, son tres cadenas de ácidos grasos (acilo) conectadas a una molécula de glicerol mediante enlaces éster (Figura \(\PageIndex{14})). Los triacilgliceroles, también conocidos como triglicéridos, pueden tener ácidos grasos del mismo tipo (triacilgliceroles simples) o de distintos tipos (triacilgliceroles mixtos). Las mezclas de éstos son las principales moléculas de almacenamiento de energía a largo plazo para la mayoría de los organismos. Aunque coloquialmente se las denomina grasas o aceites, la única diferencia real es el grado de saturación de los ácidos grasos que las componen. Las mezclas con mayores porcentajes de ácidos grasos saturados tienen un punto de fusión más alto y, si son sólidas a temperatura ambiente, se denominan grasas. Las mezclas de triacilglicerol que permanecen líquidas a temperatura ambiente son aceites.

En medicina humana, una prueba común para los factores de riesgo de enfermedades cardíacas es la medición de los niveles de triglicéridos en la sangre. Aunque varios tipos de células pueden fabricar y utilizar triglicéridos, la mayoría de los triglicéridos de las personas se concentran en el tejido adiposo, que está formado por adipocitos o células grasas, aunque el hígado también es un importante almacén de grasa. Estas células se han especializado en transportar glóbulos de grasa que ocupan la mayor parte del volumen de la célula. Cuando los niveles de triglicéridos en la sangre son elevados, significa que se está produciendo o ingiriendo grasa con mayor rapidez de la que pueden captar los adipocitos.

Los fosfolípidos (también llamados fosfoglicéridos o glicerofosfolípidos), también se basan en la unión de ácidos grasos al glicerol. Sin embargo, en lugar de tres colas de acilo graso, sólo hay dos, y en la tercera posición hay un grupo fosfato (Figura \(\PageIndex{15})). El grupo fosfato también se une a un «grupo de cabeza» . La identidad del grupo de cabeza da nombre a la molécula, junto con las colas de acilo graso. En el ejemplo de la figura, el 1-estearoil se refiere al ácido esteárico en el carbono 1 de la columna vertebral del glicerol; el 2-palmoil se refiere al ácido palmítico en el carbono 2 del glicerol, y la fosfatidiletanolamina se refiere al grupo fosfato y su etanolamina unida, que están vinculados al carbono 3 del glicerol. Debido al grupo fosfato con carga negativa y a un grupo de cabeza que a menudo es polar o está cargado, los fosfolípidos son anfipáticos, es decir, tienen un fuerte carácter hidrofóbico en las dos colas de acilo graso y un fuerte carácter hidrofílico en el grupo de cabeza. Esta anfipatía es crucial en el papel de los fosfolípidos como componente primario de las membranas celulares.

Los esfingolípidos (Figura \(\PageIndex{16}\)) también son componentes importantes de las membranas, y no se basan en una columna vertebral de glicerol, sino en el aminoalcohol, la esfingosina (o dihidroesfingosina). Hay cuatro tipos principales de esfingolípidos: ceramidas, esfingomielinas, cerebrósidos y gangliósidos. Las ceramidas son moléculas de esfingosina con una cola de ácido graso unida al grupo amino. Las esfingomielinas son ceramidas en las que una fosfocolina o una fosfoetanolamina están unidas al carbono 1. Los cerebrósidos y los gangliósidos son glicolípidos: tienen uno o varios azúcares, respectivamente, unidos al carbono 1 de una ceramida. Todos los oligosacáridos unidos a los gangliósidos contienen al menos un residuo de ácido siálico. Además de ser un componente estructural de la membrana celular, los gangliósidos son particularmente importantes en el reconocimiento de célula a célula.

Los lípidos se definen vagamente como compuestos biológicos que son insolubles en agua pero son solubles en disolventes orgánicos como el metanol o el cloroformo. Esto incluye los derivados de los ácidos grasos enumerados anteriormente, e incluye el tema final de este capítulo, el colesterol. El colesterol (Figura \(\PageIndex{17}\)) es el principal derivado biológico del ciclopentanoperhidrofenantreno, un hidrocarburo saturado formado por cuatro anillos fusionados. Es un componente importante de las membranas plasmáticas de las células animales, y también es el precursor metabólico de las hormonas esteroides, como el cortisol o el b-estradiol. Las células vegetales tienen poco o ningún colesterol, pero sí otros esteroles como el estigmasterol. Del mismo modo, los hongos tienen sus esteroles particulares. Sin embargo, los procariotas no contienen, en su mayor parte, ninguna molécula de esterol.