איור מאת נושה אשג'יי. מחשבה.
חלבונים הם פולימרים ביולוגיים מורכב מ חומצות אמינו. חומצות אמינו, המקושרות זו לזו באמצעות קשרי פפטיד, יוצרים שרשרת פוליפפטיד. שרשרת פוליפפטיד אחת או יותר מעוותת לצורת תלת מימד יוצרים חלבון. לחלבונים יש צורות מורכבות הכוללות קפלים, לולאות ועיקולים שונים. קיפול חלבונים קורה באופן ספונטני. קשר כימי בין חלקים משרשרת הפוליפפטיד מסייעים להחזקת החלבון יחד ולתת צורתו. ישנן שתי קבוצות כלליות של מולקולות חלבון: חלבונים כדוריים וחלבונים סיבים. חלבונים כדוריים הם בדרך כלל קומפקטיים, מסיסים וכדוריים. חלבונים סיבים הם בדרך כלל מוארכים ולא מסיסים. חלבונים גלוביים וסיביים עשויים להציג אחד או יותר מארבעה סוגים של מבנה חלבון.
ארבע רמות מבנה החלבון נבדלות זו מזו על ידי מידת המורכבות בשרשרת הפוליפפטיד. מולקולת חלבון בודדת עשויה להכיל אחד או יותר מסוגי מבנה החלבון: מבנה ראשוני, משני, שלישוני ורבעוני.
מבנה ראשוני מתאר את הסדר הייחודי בו מחוברים חומצות אמינו יחד ליצירת חלבון. חלבונים בנויים מתוך קבוצה של 20 חומצות אמינו. באופן כללי, לחומצות האמיניות יש את התכונות המבניות הבאות:
כל חומצות האמינו מכילות את הפחמן האלפא אטום מימן, קבוצת קרבוקסיל וקבוצת אמינו. ה
קבוצת "R" משתנה בין חומצות אמינו וקובע את ההבדלים בין אלה מונומרים חלבונים. רצף חומצות האמינו של חלבון נקבע על ידי המידע שנמצא בתא קוד גנטי. סדר חומצות האמינו בשרשרת פוליפפטיד הוא ייחודי וספציפי לחלבון מסוים. שינוי חומצה אמינית יחידה גורם ל מוטציה גנטיתשמביא לרוב לחלבון שאינו מתפקד.מבנה משני מתייחס להתפתלות או קיפול של שרשרת פוליפפטיד המעניקה לחלבון את צורת התלת מימד שלו. ישנם שני סוגים של מבנים משניים הנצפים בחלבונים. סוג אחד הוא אלפא (α) סליל מבנה. מבנה זה דומה למעיין מפותל ומאובטח על ידי קשירת מימן בשרשרת הפוליפפטיד. הסוג השני של המבנה המשני בחלבונים הוא גיליון בטא (β). נראה כי מבנה זה מקופל או קפלים והוא מוחזק יחד על ידי קשירת מימן בין יחידות הפוליפפטיד של השרשרת המקופלת השוכנות זו לצד זו.
מבנה רביעוני מתייחס למבנה של מקרולולולת חלבון הנוצרת על ידי אינטראקציות בין שרשראות פוליפפטיד מרובות. כל שרשרת פוליפפטיד מכונה תת-יחידה. חלבונים בעלי מבנה רביעוני עשויים להיות מורכבים ביותר מאחד מאותו סוג של תת-חלבון. הם עשויים להיות מורכבים גם מיחידות משנה שונות. המוגלובין הוא דוגמא לחלבון בעל מבנה רבני. המוגלובין, שנמצא באזור דם, הוא חלבון המכיל ברזל הקושר מולקולות חמצן. הוא מכיל ארבע יחידות משנה: שתי יחידות אלפא ושתי יחידות בטא.
הצורה התלת מימדית של חלבון נקבעת על ידי המבנה הראשוני שלו. סדר חומצות האמינו מכונן את מבנה החלבון ואת תפקודו הספציפי. ההוראות המובהקות לסדר חומצות אמינו מוגדרות על ידי גנים בתא. כאשר תא תופס צורך בסינתזת חלבון, ה- DNA מתפרק ומתועתק ל- RNA עותק של הקוד הגנטי. תהליך זה נקרא תעתיק DNA. עותק ה- RNA הוא אם כן תורגם לייצר חלבון. המידע הגנטי ב- DNA קובע את הרצף הספציפי של חומצות אמינו ואת החלבון הספציפי המיוצר. חלבונים הם דוגמאות לסוג אחד של פולימר ביולוגי. יחד עם חלבונים, פחמימות, שומנים, ו חומצות גרעין מהווים את ארבע הכיתות העיקריות של תרכובות אורגניות החיים תאים.