Macronutrientes são necessários em grandes quantidades diárias e são a base dos alimentos que comemos. É importante comer quantidades equilibradas de carboidratos, proteínas e lipídeos, de modo que a dieta resulte em saúde para o organismo. Contudo, dietas mal formuladas contribuem para o efeito contrário, estando associadas a diversas doenças do mundo contemporâneo, como obesidade, hipertensão e diabetes.
Os carboidratos são a fonte energética primária para os seres vivos. Carboidratos podem ser digeridos e ter seus monossacarídeos oxidados para a produção de energia. O monossacarídeo mais comum é a glicose, que possui 6 carbonos e participa dos mais diversos processos metabólicos, como glicólise, glicogênese, via das pentoses fosfato e síntese de ácidos graxos a partir de acetil-CoA. Além de ser oxidada via glicólise-ciclo de Krebs-fosforilação oxidativa, a glicose pode ser armazenada em reserva limitadas de glicogênio muscular e hepático. O glicogênio hepático é fundamental durante as primeiras fases do jejum, quando a gliconeogênese cresce gradualmente em importância, para manter as taxas de glicemia. A nível celular, os carboidratos podem estar associados a outras macromoléculas, formando glicoproteínas e glicolipídeos. Na membrana celular, formam o glicocálix, estrutura importante na proteção e no reconhecimento celular, entre outros processos da biologia celular.
As proteínas participam da construção do corpo: formam elementos da matriz extracelular, como o colágeno, participam no transporte plasmático de substâncias, como a albumina, e fazem parte das mais diversas estruturas celulares, como histonas associadas ao DNA, proteínas de membrana e filamentos componentes do citoesqueleto. As fibras musculares apresentam uma quantidade enorme de proteínas, devido à abundância de miofibrilas, principalmente filamentos de actina e miosina, que participam ativamente na contração muscular. As enzimas correspondem a outra função vital das proteínas: catalisam as mais diversas reações do metabolismo, diminuindo a energia de ativação das reações, de modo que sua velocidade seja compatível com a vida. As enzimas, devido a seu papel decisivo no metabolismo, estão submetidas a um mecanismo de regulação fina, seja por alosteria ou por ação hormonal, desencadeando cascatas de de modificação covalente ou interferindo na expressão gênica. As proteínas podem ainda ser utilizadas na produção de energia e podem derivar ou macromoléculas, como carboidratos e lipídeos. No jejum, proteínas do músculo são quebradas e seus aminoácidos componentes são submetidos a transaminações e desaminações, transferindo fontes de carbono para a gliconeogênese hepática. O produto final da degradação de aminoácidos vai para a ureia, a qual é filtrada nos rins e excretada na urina.
Os lipídeos constituem a maior reserva energética do corpo. O tecido adiposo é especializado para o armazenamento e a mobilização de triacilglicerídeos em resposta a situações metabólicas. Os lipídeos provenientes da alimentação são degradados durante o jejum por diversos tecidos, como músculo cardíaco, músculo esquelético e fígado. Os ácidos graxos originados passam pela via de beta-oxidação, gerando coenzimas reduzidas e consequente produção de ATP. Os lipídeos também apresentam funções estruturais, estão associados à construção de membranas a partir de fosfolipídeos. São utilizados, ainda, para síntese de colesterol e de hormônios esteroides como alguns hormônios sexuais. Além disso, ácidos graxos essenciais presentes na dieta dão origem a compostos que regulam diversos processos fisiológicos, como regulação da pressão arterial, dilatação de brônquios, contração uterina, reação inflamatória, manifestação de dor e febre e coagulação no sangue.
Micronutrientes são necessários em pequenas quantidades, mas são essenciais para o bom funcionamento do organismo. São divididos em vitaminas e sais minerais.
As vitaminas não são estocadas em níveis consideráveis, por isso, devem ser supridas continuamente pela dieta. São classificadas em dois grandes grupos: hidrossolúveis e lipossolúveis.
As vitaminas hidrossolúveis são as vitaminas do complexo B e vitamina C. São componentes de coenzimas, participando de diversas reações enzimáticas no organismo. O excesso dessas vitaminas não é danoso, pois elas podem ser eliminadas por meio da urina.
As vitaminas lipossolúveis incluem as vitaminas A, D, E e K. O seu excesso pode ser mais danoso, pois estas vitaminas são eliminadas mais lentamente. São derivadas do isopreno e ocorrem em alimentos ricos em gorduras, sendo transportadas por lipoproteínas no plasma. Assim como as hidrossolúveis, as vitaminas lipossolúveis também têm um papel de grande importância como coenzimas. A vitamina.
A está relacionada às reações da visão e diferenciação epitelial; a vitamina D apresenta ação hormonal na absorção de cálcio pelos ossos quando passa à forma ativa por radiação UV; a vitamina K atua na coagulação sanguínea, e a vitamina E, juntamente com as vitaminas A. C e D, tem função antioxidante, limitando o estresse oxidativo e a ação dos radicais livres sobre as estruturas celulares. As substâncias antioxidantes, presentes principalmente nos vegetais, atuam na prevenção do câncer e de doenças cardiovasculares.
Os minerais são íons inorgânicos - Ca2+, Na+, Mg2+, K+, Fe2+, fosfato - que atuam como cofatores enzimáticos, como nos centros Fe-S da cadeia transportadora de elétrons, e antioxidantes, além de participarem da composição de certas estruturas, como o cálcio depositado nos ossos. Os sais minerais são necessários diariamente na ordem de miligramas ou microgramas.