Ilustracija Nusha Ashjaee. MiselCo.
Beljakovine so biološki polimeri sestavljen iz amino kisline. Aminokisline, povezane skupaj s peptidnimi vezmi, tvorijo polipeptidno verigo. Ena ali več polipeptidnih verig, zvitih v tridimenzionalno obliko, tvori protein. Beljakovine imajo zapletene oblike, ki vključujejo različne pregibe, zanke in krivine. Zlaganje v beljakovine se zgodi spontano. Kemično vezanje med deli polipeptidne verige pomaga, da beljakovine držijo skupaj in mu dajejo obliko. Obstajata dva splošna razreda beljakovinskih molekul: globularni proteini in vlaknasti proteini. Globularni proteini so na splošno kompaktni, topni in sferične oblike. Vlakne beljakovine so običajno podolgovate in netopne. Globularne in vlaknaste beljakovine imajo lahko eno ali več štirih vrst beljakovinskih struktur.
Štiri ravni strukture beljakovin se med seboj razlikujejo po stopnji zapletenosti v polipeptidni verigi. Ena molekula proteina lahko vsebuje eno ali več vrst proteinske strukture: primarno, sekundarno, terciarno in kvaternarno strukturo.
Primarna struktura opisuje edinstven vrstni red, v katerem so aminokisline povezane, da tvorijo protein. Beljakovine so sestavljene iz niza 20 aminokislin. Na splošno imajo aminokisline naslednje strukturne lastnosti:
Vse aminokisline imajo alfa ogljik vezan na atom vodika, karboksilno skupino in amino skupino. The "R" skupina med različnimi amino kisline in določa razlike med njimi proteinski monomeri. Aminokislinsko zaporedje proteina je določeno s podatki, ki jih najdemo v celični genetska koda. Vrstni red aminokislin v polipeptidni verigi je edinstven in značilen za določen protein. Spreminjanje ene same aminokisline povzroči a mutacija genov, kar najpogosteje povzroči nedelujoči protein.
Sekundarna struktura se nanaša na zvijanje ali zgibanje polipeptidne verige, ki daje beljakovini 3-D obliko. V beljakovinah opazimo dve vrsti sekundarnih struktur. Ena vrsta je alfa (α) vijačnica zgradba. Ta struktura je podobna naviti vzmeti in je pritrjena z vodikovim vezanjem v polipeptidni verigi. Druga vrsta sekundarne strukture v beljakovinah je beta (β) naguban list. Zdi se, da je ta struktura zložena ali nagubana in je združena z vodikovo vezjo med polipeptidnimi enotami zložene verige, ki ležijo ena ob drugi.
Kvartarna struktura se nanaša na strukturo beljakovinske makromolekule, ki nastane pri interakcijah med več polipeptidnimi verigami. Vsaka polipeptidna veriga se imenuje podenota. Beljakovine s kvaternarno strukturo so lahko sestavljene iz več kot ene iste beljakovinske podenote. Lahko so sestavljene tudi iz različnih podenot. Hemoglobin je primer beljakovine s kvaternarno strukturo. Hemoglobin, ki ga najdemo v kri, je protein, ki vsebuje železo, ki veže molekule kisika. Vsebuje štiri podenote: dve alfa podenoti in dve beta podenoti.
Tridimenzionalna oblika proteina je določena z njegovo primarno strukturo. Vrstni red aminokislin vzpostavi strukturo in specifično funkcijo beljakovin. Ločena navodila za vrstni red aminokislin so označena s geni v celici. Ko celica zazna potrebo po sintezi beljakovin, DNK razpleta in se prepisuje v RNA kopija genetskega koda. Ta postopek se imenuje Transkripcija DNK. Kopija RNA je potem prevedeno za proizvodnjo beljakovin. Genske informacije v DNK določajo specifično zaporedje aminokislin in specifični protein, ki nastaja. Beljakovine so primeri ene vrste biološkega polimera. Skupaj z beljakovinami oz. ogljikovi hidrati, lipidov, in nukleinska kislina tvorijo štiri glavne razrede organskih spojin v življenju celice.