Olbaltumvielas nav tikai vienkāršas aminoskābju virknes. Tās ir sarežģītas trīsdimensiju molekulas, kuru forma ir būtiska to funkcijai. Lai saprastu, kā olbaltumviela iegūst savu galīgo formu, mēs aplūkojam tās struktūru četros dažādos līmeņos: primārajā, sekundārajā, terciārajā un kvartārajā.

Šos līmeņus var salīdzināt ar valodas veidošanu. Burti (aminoskābes) tiek savienoti noteiktā secībā, veidojot vārdus (primārā struktūra). Vārdi veido noteiktas frāzes un motīvus (sekundārā struktūra). Šīs frāzes apvienojas, veidojot pilnvērtīgu teikumu ar konkrētu nozīmi (terciārā struktūra). Visbeidzot, vairāki teikumi var veidot sarežģītu rindkopu vai stāstu (kvartārā struktūra).

Viss sākas ar primāro struktūru, kas ir unikāla aminoskābju secība polipeptīdu virknē. Šo secību nosaka gēns, kas kodē konkrēto olbaltumvielu. Tā ir kā recepte, kas precīzi nosaka, kura aminoskābe seko kurai.

Varat iedomāties primāro struktūru kā krellīšu virteni, kur katra krellīte ir viena no 20 dažādajām aminoskābēm. Pat vienas krellītes nomaiņa var pilnībā izmainīt visas virtenes īpašības un galu galā ietekmēt olbaltumvielas spēju veikt savu darbu. Piemēram, sirpjveida anēmija ir slimība, ko izraisa tikai vienas aminoskābes aizvietošana hemoglobīna proteīnā.

Nākamais līmenis ir sekundārā struktūra. Šeit polipeptīdu virkne sāk veidot regulārus, atkārtojošos locījumus. Šos locījumus stabilizē ūdeņraža saites, kas veidojas starp aminoskābju virknes mugurkaula atomiem, nevis starp to sānu ķēdēm.

Divi izplatītākie sekundārās struktūras veidi ir:

• Alfa spirāle (α-spirāle): Polipeptīdu virkne savijas ciešā, spirālveida formā, kas atgādina vītņu kāpnes. Ūdeņraža saites veidojas starp katru ceturto aminoskābi, piešķirot spirālei stabilitāti.
• Beta loksne (β-loksne): Vairāki polipeptīdu virknes posmi novietojas paralēli viens otram, veidojot plakanu, loksnei līdzīgu struktūru. Ūdeņraža saites veidojas starp šiem blakus esošajiem posmiem.

Ja sekundārā struktūra ir lokāls locījums, tad terciārā struktūra ir visas polipeptīdu virknes kopējā trīsdimensiju forma. Tā rodas, mijiedarbojoties dažādu aminoskābju sānu ķēdēm (R grupām), kas var atrasties tālu viena no otras primārajā secībā. Šīs mijiedarbības ietver ūdeņraža saites, jonu saites, hidrofobās mijiedarbības un disulfīdu tiltiņus. Terciārā struktūra nosaka olbaltumvielas galīgo, funkcionālo formu.

Dažas olbaltumvielas sastāv no vairākām atsevišķām polipeptīdu virknēm, ko sauc par apakšvienībām. Kvartārā struktūra apraksta to, kā šīs apakšvienības savienojas un izvietojas telpā, lai izveidotu vienu funkcionālu olbaltumvielu kompleksu. Labs piemērs ir hemoglobīns, kas transportē skābekli asinīs un sastāv no četrām apakšvienībām.

Katrs no šiem struktūras līmeņiem balstās uz iepriekšējo, veidojot sarežģītu hierarhiju, kas noved pie neticamas olbaltumvielu formu un funkciju daudzveidības, ko mēs redzam dabā.