Mε την κατάλληλη διαμόρφωση, διευθέτηση στον χώρο, μία πρωτεΐνη, αποτελούμενη από μία ή περισσότερες πολυπεπτιδικές αλυσίδες, λαμβάνει μια καθορισμένη, θερμοδυναμικά επιτερεπτή τρισδιάστατη μορφή, στην οποία οφείλεται η βιολογική της δράση. Η συνολική οργάνωση κάθε πρωτείνης στον χώρο είναι το τελικό αποτέλεσμα τουλάχιστον τεσσάρων, μερικώς ανεξάρτητων επιπέδων οργάνωσης, που ορίζονται ως εξής:
Η πρωτοταγής δομή αποτελείται από μια συγκεκριμένη αλληλουχία αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς και μπορεί να περιέχει δισουλφιδικούς δεσμούς. Για παράδειγμα, τμήμα της πρωτοταγούς δομής της β σφαιρίνης του ανθρώπου είναι η αλληλουχία των καταλοίπων 62-70: Ala-His-Gly-Lys-Lys-Val-Leu-Gly-Ala .
Η πολυπεπτιδική αλυσίδα που προκύπτει μπορεί να περιστραφεί σε μονάδες δευτεροταγούς δομής, όπως α-έλικες, β-πτυχωτές επιφάνειες, β-στροφές. Διαφορετικά αμινοξέα ευνοούν το σχηματισμό της κάθε δευτεροταγούς δομής. Για παράδειγμα, τα κατάλοιπα 62-70 της β σφαιρίνης αναδιπλώνονται και αποτελούν τμήμα μιας α-έλικας.
Οι μονάδες δευτεροταγούς δομής είναι μέρος της τριτοταγούς δομής. Η συνολική τρισδιάστατη πτύχωση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας αναφέρεται ως τριτοταγή δομή. Η δομή αυτή συγκρατείται από τις ενδομοριακές μοριακές αντιδράσεις: δεσμούς υδρογόνου, ιοντικούς δεσμούς, δυνάμεις Van der Waals , και δισουλφιδικούς δεσμούς μεταξύ των καταλοίπων αμινοξέων.
Όταν μία πρωτείνη έχει δύο ή περισσότερες πολυπεπτιδικές αλυσίδες συνδεμένες μεταξύ τους μη ομοιοπολικά (υπομονάδες), η διάταξή τους στο χώρο καλείται τεταρτοταγής δομή. Η β σφαιρίνη είναι μία από τις υπομονάδες που συγκροτούν την τεταρτοταγή δομή της αιμοσφαιρίνης του ανθρώπου, μιας πρωτείνης με τέσσερις υπομονάδες, ανά δύο όμοιες.
Μια πρωτεϊνική δομή μπορεί να παρουσιαστεί με διαφορετικούς τρόπους:
- Ένα μοντέλο κορδέλας που δίνει τον πολυπεπτιδικό σκελετό και επισημαίνει τις περιοχές της δευτεροταγούς δομής.
- Ένα μοντέλο σκελετού που δίνει έμφαση στη γραμμική φύση των αλυσίδων των πρωτεϊνών.
- Ένα μοντέλο συρμάτων που παρουσιάζει μόνο δεσμούς και είναι καλύτερο για τη διερεύνηση του εσωτερικού ενός μεγάλου μορίου.
- Ένα μοντέλο Ν -> C χρωματικό τόξου που παρουσιάζει την αλληλουχία από την αρχή προς το τέλος της.
- Μια εικόνα «διχτυού» που τονίζει την πρωτεϊνική επιφάνεια.
- Μια εικόνα του επιφανειακού περιγράμματος, χρήσιμη για την απεικόνιση κοιλοτήτων της πρωτείνης στις οποίες μπορούν να προσδεθούν άλλα μόρια.
- Ένα χωροπληρωτικό μοντέλο με όλες τις πλευρικές αλυσίδες των αμινοξικών καταλοίπων. Το μοντέλο αυτό παρουσιάζει το μέγεθος και τη μορφή αλλά κρύβει τη δομή πίσω από την επιφάνεια.
Έτσι, για παράδειγμα η μυοσφαιρίνη, που είναι μία σχετικά μικρή
πρωτεΐνη, που αποθηκεύει το οξυγόνο και διευκολύνει τη διάχυσή
του σε μύες που συστέλλονται ταχέως, μπορεί να παρασταθεί με μια
σειρά μοντέλων απεικόνισης αλλά και χρωματικώνσχημάτων.
To μοντέλo απεικόνισης αλλά και το χρωματικό σχήμα που επιλέγεται κάθε φορά για την απεικόνιση μιας πρωτεΐνης, εξαρτάται από το επίπεδο οργάνωσης αλλά και την ιδιότητα στην οποία επιθυμούμε να εστιάσουμε.