Оскільки в амінокислотах кислотні й основні властивості виявляють різні групи атомів, то їхні молекули можуть реагувати одна з одною з утворенням міцного ковалентного зв’язку, який називається пептидним. Відтак у речовині, що утворилася, з одного боку залишається аміногрупа, а з іншого - карбоксильна, які здатні реагувати з іншими амінокислотами (рис. 83). Тому подовження такого ланцюга з амінокислот може відбуватися далі. Молекула кожного білка характеризується певним складом і послідовністю амінокислотних залишків, які надають їй неповторних функціональних властивостей.

Рівні структурної організації білкових молекул. Різноманітність будови білкових молекул зумовлена складністю розташування їх у просторі. Виділяють кілька рівнів структурної організації білкових молекул.

Кожен білок утворений лінійним ланцюжком з великої кількості різних амінокислотних залишків, розташованих у певному порядку та з’єднаних пептидними зв’язками. Це первинний рівень структурної організації.

У водному середовищі клітини різні частини довгого поліпептидного ланцюга скручуються й можуть укладатися різними способами в спіралі або складки. Це вторинний рівень структурної організації. Вторинна структура білка стабілізується слабкими водневими зв’язками між залишками амінокислот. Слабкість зв’язків компенсується великою кількістю, через це вторинні структури є відносно стійкими.

Сформовані в такий спосіб спіралі або складки вкладаються в просторі в різноманітні третинні структури (глобули). Цей рівень організації білка стабілізується сильними ковалентними та електростатичними взаємодіями або слабкими водневими та гідрофобними. Для виконання своїх функцій деякі білки мають складатися з кількох субодиниць, кожна з яких сформована окремим поліпептидним ланцюгом. Таке об’єднання кількох третинних структур в одну функціональну білкову молекулу формує її четвертинну структуру, яка, на відміну від первинної, вторинної та третинної, характерна не для всіх білків.

Рис. 83. Схема утворення пептидного зв’язку

Процес укладання поліпептидних ланцюгів у вторинну, третинну та четвертинну структури є достатньо складним і контролюється спеціальними білками (рис. 84). У разі помилок у цьому процесі сформована білкова молекула може виявитися нефункціональною. Третинної й четвертинної структур набувають лише довгі (понад 50 амінокислот) поліпептидні ланцюги. Короткі ж (до 50 амінокислот) мають простішу будову й називаються пептидами.

За певних умов (висока температура, дія кислот, лугів або йонів важких металів, йонізуючого випромінювання тощо) білкові молекули втрачають рівні організації: четвертинні структури розпадаються на окремі субодиниці, третинні структури розгортаються до рівня спіралей або складок, а ті, своєю чергою, випрямляються до поліпептидних ланцюжків. Такий процес утрати білковими молекулами природної структури називається денатурацією (рис. 85). Денатуровані білки не можуть виконувати свої функції. За умов нетривалого або неінтенсивного впливу зазначених чинників можливе повернення білків до природної структури - ренатурація. У разі порушення первинної структури білкової молекули процес виявляється незворотним і називається деструкцією.

Окрім амінокислот, білкові молекули можуть містити й інші складові. Наприклад, білок крові гемоглобін містить небілкову частину гем із йоном Феруму(ІІ) всередині. Ця частина молекули безпосередньо зв’язує кисень, проте характер цього зв’язування визначається саме білковою частиною. В еукаріотів більшість мембранних білків і велика кількість інших зв’язані з вуглеводами. Такі комплексні молекули називаються глікопротеїнами.

Рис. 84. Рівні структурної організації білкової молекули на прикладі гемоглобіну: 1 - первинний; 2 - вторинний; 3 - третинний; 4 - четвертинний

Рис. 85. Процес денатурації білків альбумінів курячого яйця внаслідок дії високих температур

Денатуровані молекули гірше розчиняються у воді, але при вживанні їх у їжу легше засвоюються.