As moléculas que participam da vida são complexas. A hemoglobina, por exemplo, é uma proteína presente nas células vermelhas do sangue de animais e tem mais de 8 mil átomos. Nela, encontram-se só quatro átomos de ferro, localizados em posições estratégicas e que são capazes de capturar oxigênio nos pulmões e liberá-lo para o tecido, mantendo as células vivas. Os mecanismos de captura e liberação são extremamente complexos, e verifica-se que há uma cooperação entre os átomos de ferro da hemoglobina. Essa propriedade está associada à geometria da molécula que, em última análise, é definida pelos tipos de ligações atômicas.
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O estudo da estrutura de uma macromolécula, como a das proteínas, baseia-se nas leis da mecânica quântica, do eletromagnetismo e da mecânica clássica. As ferramentas usadas para estudar esse tipo de biomolécula (como a difração de raios X, a ressonância magnética nuclear e a ressonância paramagnética eletrônica) foram desenvolvidas pela física.
Canais de passagemAs células que constituem um organismo são limitadas por uma membrana na qual se encontram proteínas que formam canais que permitem a passagem de determinados elementos e bloqueiam a entrada de outros. As membranas são compostas por uma camada dupla de moléculas bipolares, nas quais uma das extremidades se afasta da água, ou seja, é hidrofóbica. O estudo das ligações moleculares que permitem manter estável a membrana é um dos temas importantes da biofísica.
