In tegenstelling tot monosacchariden, nucleotiden en aminozuren zijn vetzuren geen monomeren die aan elkaar worden gekoppeld tot veel grotere moleculen. Hoewel vetzuren aan elkaar kunnen worden gekoppeld, bijvoorbeeld tot triacylglycerolen of fosfolipiden, zijn ze niet rechtstreeks aan elkaar gekoppeld, en over het algemeen niet meer dan drie in een gegeven molecuul. De vetzuren zelf zijn lange ketens van koolstofatomen die worden afgesloten met een carboxylgroep. De lengte van de keten kan variëren, hoewel de meeste tussen 14 en 20 koolhydraten zijn, en in planten en dieren van hogere orde zijn vetzuren met 16 en 18 koolhydraten de belangrijkste soorten.

Door het mechanisme van de synthese hebben de meeste vetzuren een even aantal koolstofatomen, hoewel er ook koolstofketens met oneven aantal kunnen worden gevormd. Meer variatie kan worden verkregen door dubbele bindingen tussen de koolstofatomen. Vetzuurketens zonder dubbele bindingen zijn verzadigd, omdat elke koolstof verzadigd is met zo veel mogelijk gebonden waterstofatomen. Vetzuurketens met dubbele bindingen zijn onverzadigd (figuur 13). Die met meer dan één dubbele binding worden meervoudig onverzadigd genoemd. De vetzuren in eukaryote cellen zijn bijna gelijk verdeeld tussen verzadigde en onverzadigde types, en veel van de laatste kunnen meervoudig onverzadigd zijn. In prokaryoten is poly-onverzadiging zeldzaam, maar andere modificaties zoals vertakking en cyclisatie komen vaker voor dan bij eukaryoten. Een tabel van veel voorkomende vetzuren is hieronder weergegeven.

Er zijn belangrijke fysische verschillen tussen de verzadigde en onverzadigde vetzuren, eenvoudig te wijten aan de geometrie van de dubbel-gebonden carbons. Een verzadigd vetzuur is zeer flexibel met vrije rotatie rond al zijn C-C bindingen. De gebruikelijke lineaire diagrammen en formules van verzadigde vetzuren verklaren ook het vermogen van verzadigde vetzuren om dicht op elkaar te zitten, met zeer weinig tussenliggende ruimte. Onverzadigde vetzuren daarentegen kunnen niet zo dicht op elkaar zitten vanwege de rotatiebeperking die de dubbele binding met zich meebrengt. De koolwaterstoffen kunnen niet rond de dubbele binding draaien, zodat er nu een “knik” in de keten zit. In het algemeen bevinden dubbele bindingen in vetzuren zich in de cis-configuratie, waardoor een knik van 30 graden in de structuur ontstaat.

Vetzuren in cellen zijn meestal onderdelen van grotere moleculen, in plaats van vrije zuren. Enkele van de meest voorkomende lipiden die van vetzuren zijn afgeleid, zijn triacylglycerolen, fosfoglyceriden en sfingolipiden. Triacylglycerolen bestaan, zoals de naam al zegt, uit drie vetzuurketens (acylketens) die door middel van esterbindingen aan een glycerolmolecuul zijn verbonden (figuur 14). Triacylglycerolen, ook wel triglyceriden genoemd, kunnen vetzuren van dezelfde (enkelvoudige triacylglycerolen) of verschillende typen (gemengde triacylglycerolen) bevatten. Mengsels hiervan zijn voor de meeste organismen de voornaamste energieopslagmoleculen voor de lange termijn. Hoewel ze in de volksmond vetten of oliën worden genoemd, is het enige echte verschil de verzadigingsgraad van de samenstellende vetzuren. Mengsels met hogere percentages verzadigde vetzuren hebben een hoger smeltpunt en als zij bij kamertemperatuur vast zijn, worden zij vetten genoemd. Triacylglycerolmengsels die bij kamertemperatuur vloeibaar blijven, zijn oliën.

In de menselijke geneeskunde is een gebruikelijke test voor risicofactoren voor hartziekten de meting van het triglyceridengehalte in het bloed. Hoewel verschillende celtypen triglyceriden kunnen maken en gebruiken, zijn de meeste triglyceriden bij mensen geconcentreerd in het vetweefsel, dat bestaat uit adipocyten, of vetcellen, hoewel de lever ook een belangrijke vetopslagplaats is. Deze cellen hebben zich gespecialiseerd in het vervoeren van vetbolletjes die het grootste deel van het volume van de cel innemen. Wanneer het triglyceridengehalte in het bloed hoog is, betekent dit dat er sneller vet wordt geproduceerd of opgenomen dan het door de adipocyten kan worden opgenomen.

Fosfolipiden (ook wel fosfoglyceriden of glycerofosfolipiden genoemd), zijn ook gebaseerd op de binding van vetzuren aan glycerol. In plaats van drie vetzuurstaarten zijn er echter maar twee, en op de derde plaats zit een fosfaatgroep (figuur). De fosfaatgroep hecht ook aan een “kopgroep” . De identiteit van de kopgroep geeft het molecuul een naam, samen met de vette acylstaarten. In de figuur verwijst 1-stearoyl naar het stearinezuur op de 1-koolstof van de glycerolruggengraat; 2-palmitoyl verwijst naar het palmitinezuur op de 2-koolstof van de glycerol, en fosfatidylethanolamine verwijst naar de fosfaatgroep en de daaraan gehechte ethanolamine, die zijn gekoppeld aan de 3-koolstof van de glycerol. Vanwege de fosfaatgroep met negatieve lading en een kopgroep die vaak polair of geladen is, zijn fosfolipiden amfipathisch – met een sterk hydrofoob karakter in de twee vetachtige acylstaarten, en een sterk hydrofiel karakter in de kopgroep. Deze amfipathie is van cruciaal belang voor de rol van fosfolipiden als de belangrijkste component van celmembranen.

Sfingolipiden (figuur) zijn ook belangrijke bestanddelen van membranen en berusten niet op een glycerolruggengraat, maar op de aminoalcohol sphingosine (of dihydrosphingosine). Er zijn vier hoofdtypen sfingolipiden: ceramiden, sfingomyelinen, cerebrosiden en gangliosiden. Ceramiden zijn sphingosinemoleculen met een vetzuurstaart aan de aminogroep. Sphingomyelinen zijn ceramiden waarin aan de 1-koolstof een fosfocholine of fosfo-ethanolamine is gebonden. Cerebrosiden en gangliosiden zijn glycolipiden – zij hebben respectievelijk een suiker of suikers aan de 1-koolstof van een ceramide. De oligosacchariden die aan de gangliosiden vastzitten, bevatten alle ten minste één siaalzuurresidu. Gangliosiden zijn niet alleen een structureel bestanddeel van het celmembraan, maar zijn ook bijzonder belangrijk voor de herkenning van cel tot cel.

Lipiden worden vaag gedefinieerd als biologische verbindingen die onoplosbaar zijn in water, maar wel in organische oplosmiddelen zoals methanol of chloroform. Hieronder vallen de hierboven genoemde vetzuurderivaten, en ook het laatste onderwerp van dit hoofdstuk, cholesterol. Cholesterol (figuur) is het belangrijkste biologische derivaat van cyclopentanoperhydrophenanthreen, een verzadigde koolwaterstof die bestaat uit vier versmolten ringformaties. Het is een belangrijk bestanddeel van de plasmamembranen in dierlijke cellen en tevens de metabolische precursor van steroïdhormonen, zoals cortisol of b-estradiol. Plantencellen hebben weinig of geen cholesterol, maar andere sterolen zoals stigmasterol zijn aanwezig. Ook schimmels hebben hun eigen sterolen. Prokaryoten bevatten echter voor het grootste deel geen sterolmoleculen.