Biology · AP Biology
जीवन का रसायन
वे अणु जो इसे चलाते हैं
एक जीव कुछ ही प्रकार के परमाणुओं से बना होता है, जो कुछ ही प्रकार के बड़े अणुओं में व्यवस्थित होते हैं, और यह सब जल में डूबा रहता है।
आकृति में द्रव जल है। हर अणु में एक ऑक्सीजन (लाल) और दो हाइड्रोजन (सफ़ेद) हैं। नीले जोड़ हाइड्रोजन बंध हैं: एक अणु के हाइड्रोजन और अगले अणु के ऑक्सीजन के बीच कमज़ोर आकर्षण। अणुओं के लुढ़कने के साथ ये लगातार बनते और टूटते रहते हैं।
इन्हीं बंधों के कारण जल स्वयं से और सतहों से चिपकता है, और तापमान में परिवर्तन का विरोध करता है।
यह अध्याय जल से शुरू होता है, फिर जीवन के तत्वों पर आता है, फिर उन अभिक्रियाओं पर जो छोटे अणुओं को जोड़कर बड़े अणु बनाती हैं। अंत में जैव वृहदअणुओं के चार वर्ग आते हैं: कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, न्यूक्लीक अम्ल और प्रोटीन। हर एक में घटकों का क्रम और आकार तय करता है कि अणु क्या करेगा।
और हाइड्रोजन बंध इसे साथ बाँधे रखते हैं
ऑक्सीजन साझा इलेक्ट्रॉनों को हाइड्रोजन से अधिक ज़ोर से खींचता है। यह असमान साझेदारी जल को ध्रुवीय बनाती है, और ध्रुवीयता हाइड्रोजन बंध बनाती है।
जल में हर O–H बंध एक सहसंयोजक बंध है: परमाणु इलेक्ट्रॉनों का एक युग्म साझा करते हैं। ऑक्सीजन अधिक विद्युत ऋणात्मक है (पॉलिंग पैमाने पर 3.44, जबकि हाइड्रोजन का 2.2), इसलिए साझा इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन के पास अधिक समय बिताते हैं। यह बंध एक ध्रुवीय सहसंयोजक बंध है।
परिणामस्वरूप ऑक्सीजन पर आंशिक ऋणात्मक आवेश (δ−) और प्रत्येक हाइड्रोजन पर आंशिक धनात्मक आवेश (δ+) होता है। अणु मुड़ा हुआ है, 104.5° के कोण पर, इसलिए आवेश निरस्त नहीं होते: जल एक ध्रुवीय अणु है।
हाइड्रोजन बंध δ+ हाइड्रोजन और किसी दूसरे अणु के, या उसी बड़े अणु के किसी दूसरे भाग के, δ− परमाणु (ऑक्सीजन या नाइट्रोजन) के बीच का आकर्षण है। यह सहसंयोजक बंध से बहुत कमज़ोर होता है। हर जल अणु अधिकतम चार पड़ोसियों से हाइड्रोजन बंध बना सकता है; द्रव में ये बंध नैनोसेकंड के अंश भर ही टिकते हैं, फिर दोबारा बन जाते हैं।
| H2O | NH3 | H2S | CH4 |
|---|
| मोलर द्रव्यमान (g/mol) | 18.02 | 17.03 | 34.08 | 16.04 |
|---|
| क्वथनांक (°C) | 100.0 | −33.3 | −60.3 | −161.5 |
|---|
समान आकार के अणु, पर क्वथनांक बहुत अलग। जल मेथेन से 261.5 °C ऊपर उबलता है, क्योंकि उबलने के लिए उसके हाइड्रोजन बंध तोड़ने पड़ते हैं। हाइड्रोजन बंध DNA की दोनों शृंखलाओं को साथ रखते हैं और प्रोटीन को मोड़ने में भी मदद करते हैं।
जल जल को खींचता है, और सतहों को भी
पड़ोसी जल अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंध जल को संसंजन, आसंजन और पृष्ठ तनाव देते हैं।
संसंजन जल का जल से चिपकना है: हाइड्रोजन बंध अणुओं को साथ रखते हैं। आसंजन जल का किसी दूसरी ध्रुवीय या आवेशित सतह से चिपकना है, जैसे काँच या पादप कोशिका भित्ति। पृष्ठ तनाव सतह पर संसंजन है: ऊपरी परत के अणु भीतर और बगल की ओर खिंचते हैं, इसलिए सतह तनी हुई झिल्ली जैसी व्यवहार करती है। यही पानी पर चलने वाले कीट को सँभालता है।
आकृति में तीन काँच की नलियाँ जल में खड़ी हैं। आसंजन जल को काँच के सहारे ऊपर खींचता है और सतह को मोड़ देता है (मेनिस्कस); संसंजन शेष स्तंभ को पीछे-पीछे खींच लाता है। नली जितनी पतली हो, प्रति ग्राम जल के लिए दीवार उतनी अधिक होती है, और जल उतना ऊँचा चढ़ता है:
| नली की त्रिज्या (mm) | 1 | 0.5 | 0.25 |
|---|
| चढ़ाव की ऊँचाई (mm) | 14.9 | 29.7 | 59.5 |
|---|
त्रिज्या आधी करने पर ऊँचाई दोगुनी हो जाती है। इस चढ़ाव को केशिका क्रिया कहते हैं।
पौधे में। पत्तियों से जल वाष्पित होता है और जाइलम में जल का स्तंभ उसके पीछे खिंचता है। स्तंभ संसंजन से जुड़ा रहता है और आसंजन से जाइलम की दीवारों से चिपका रहता है, इसलिए पेड़ बिना पंप के जल को दसियों मीटर ऊपर उठा लेता है।
उच्च विशिष्ट ऊष्मा, उच्च वाष्पन ऊष्मा
पानी के अणुओं को तेज़ गति देने से पहले ऊष्मा को हाइड्रोजन बंध तोड़ने पड़ते हैं। इसलिए पानी धीरे-धीरे गर्म होता है और वाष्पित होते समय बहुत सारी ऊष्मा अपने साथ ले जाता है।
विशिष्ट ऊष्मा वह ऊर्जा है जो किसी पदार्थ के 1 g को 1 °C गर्म करने के लिए चाहिए। पानी की विशिष्ट ऊष्मा 4.18 J/(g·°C) है, जो किसी द्रव के लिए अधिक है। आकृति में समान 50 W के हीटर 120 s तक 100 g पानी और 100 g एथेनॉल के नीचे चलते हैं, दोनों शुरू में 20 °C पर हैं:
| विशिष्ट ऊष्मा (J/(g·°C)) | 120 s के बाद (°C) |
|---|
| पानी | 4.18 | 34.4 |
| एथेनॉल | 2.44 | 44.6 |
हल किया गया उदाहरण। प्रत्येक द्रव को 50 W × 120 s = 6000 J ऊष्मा मिलती है। पानी के लिए, ΔT = q/(mc) = 6000/(100 × 4.18) = 14.4 °C। वही ऊष्मा एथेनॉल को 24.6 °C गर्म करती है।
उच्च विशिष्ट ऊष्मा के कारण कोई जीव, झील या तटरेखा अपने आसपास की हवा का तापमान बदलने पर भी स्थिर तापमान बनाए रखती है: यह समस्थापन बनाए रखने का एक भाग है।
वाष्पन की ऊष्मा वह ऊर्जा है जो 1 g द्रव को वाष्पित करने के लिए चाहिए। शरीर के तापमान पर पानी की यह 2.41 kJ/g है (एथेनॉल की 0.84 kJ/g)। बच निकलने वाले अणु वह ऊष्मा अपने साथ ले जाते हैं: यही वाष्पीकरणीय शीतलन है। यदि 70 kg का कोई व्यक्ति 100 g पसीना वाष्पित करता है, तो वह 100 × 2.41 = 241 kJ ऊष्मा ले जाता है, जो शरीर को लगभग 1.0 °C ठंडा करने के लिए पर्याप्त है।
पर्यावरण से लिए गए परमाणु, जो नए अणुओं में बदल जाते हैं
कोई जीव अपने अणु उन परमाणुओं से बनाता है जो वह ग्रहण करता है। कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन हर जैव अणु का अधिकांश भाग बनाते हैं; नाइट्रोजन, फॉस्फोरस और सल्फर कुछ वर्गों में होते हैं, कुछ में नहीं।
| कार्बोहाइड्रेट | लिपिड | प्रोटीन | न्यूक्लीक अम्ल |
|---|
| C | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| H | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| O | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| N | | | ✓ | ✓ |
| P | | ✓* | | ✓ |
| S | | | ✓ | |
* फॉस्फोरस फॉस्फोलिपिड में होता है, जो झिल्लियों के लिपिड हैं (इनके शीर्ष में अक्सर नाइट्रोजन भी होती है); वसा और स्टेरॉइड केवल C, H और O से बने होते हैं।
- नाइट्रोजन प्रोटीन में होती है (हर अमीनो अम्ल में एक एमीन समूह होता है) और न्यूक्लीक अम्लों में (हर क्षारक में)।
- फॉस्फोरस न्यूक्लीक अम्लों में (हर न्यूक्लियोटाइड का फॉस्फेट) और फॉस्फोलिपिड में होता है। प्रोटीन और कार्बोहाइड्रेट में यह नहीं होता।
- सल्फर प्रोटीन में होता है (दो अमीनो अम्लों के R समूहों में), पर न्यूक्लीक अम्लों में नहीं।
यह अंतर एक उपकरण है। रेडियोधर्मी सल्फर का अनुरेखक कोशिका के प्रोटीन को चिह्नित करता है, DNA को नहीं; रेडियोधर्मी फॉस्फोरस उसके DNA और RNA को चिह्नित करता है, प्रोटीन को नहीं।
परमाणु पर्यावरण से आते हैं: पौधा कार्बन CO2 से, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन जल से, और नाइट्रोजन, फॉस्फोरस और सल्फर मिट्टी के आयनों से लेता है। जंतु इन्हें भोजन के रूप में ग्रहण करता है। द्रव्यमान के अनुसार, मनुष्य 65% O, 18.5% C, 9.5% H, 3.3% N है।
निर्जलीकरण संश्लेषण और जलअपघटन
बड़े जैव अणु बहुलक होते हैं: छोटी इकाइयों, एकलकों, की शृंखलाएँ जो सहसंयोजक बंधों से जुड़ी होती हैं। हर बंध एक जल अणु हटाने से बनता है और एक जल अणु जोड़ने से टूटता है।
निर्जलीकरण संश्लेषण। एक एकलक से हाइड्रॉक्सिल समूह (–OH) और दूसरे से हाइड्रोजन हटा दिया जाता है। दोनों एकलक सहसंयोजक रूप से जुड़ जाते हैं, और OH तथा H साथ मिलकर एक H2O के रूप में निकल जाते हैं। इस तरह कई एकलकों को जोड़ना बहुलकन है।
जलअपघटन (“जल द्वारा विखंडन”) इसकी उलटी क्रिया है। दो एकलकों के बीच के बंध पर जल जुड़ता है: H एक एकलक के पास जाता है, OH दूसरे के पास, और सहसंयोजक बंध टूट जाता है। पाचन जलअपघटन है।
आकृति वही चलचित्र आगे (जल बाहर) और पीछे (जल भीतर) चलाती है। n एकलकों की शृंखला में n − 1 बंध होते हैं, इसलिए बनते समय उसने n − 1 जल अणु छोड़े, और टूटने के लिए n − 1 जल अणु लेती है।
हल किया गया उदाहरण। ग्लूकोज़ का मोलर द्रव्यमान 180.16 g/mol है; जल का 18.02। दो जुड़े ग्लूकोज़: 2 × 180.16 − 18.02 = 342.30 g/mol। आकृति में 6 की शृंखला: 6 × 180.16 − 5 × 18.02 = 990.86 g/mol।
कोशिकाएँ दोनों अभिक्रियाओं को तेज़ करने के लिए एंज़ाइम इस्तेमाल करती हैं। बहुलक बनाने में ऊर्जा लगती है; जलअपघटन उसे मुक्त करता है।
शर्कराएँ और शर्कराओं की शृंखलाएँ
मोनोसैकेराइड, यानी ग्लूकोज़ और फ्रक्टोज़ जैसी सरल शर्कराएँ, कार्बोहाइड्रेट के एकलक हैं। सहसंयोजक बंध उन्हें पॉलीसैकेराइड में जोड़ते हैं, जो जटिल कार्बोहाइड्रेट हैं और रैखिक या शाखित हो सकते हैं।
दो मोनोसैकेराइड मिलकर डाइसैकेराइड बनाते हैं (सुक्रोज़, लैक्टोज़, माल्टोज़); सैकड़ों से हज़ारों मिलकर पॉलीसैकेराइड बनाते हैं। कार्बोहाइड्रेट केवल C, H और O से बने होते हैं।
आकार कार्य के अनुसार होता है:
| पॉलीसैकेराइड | आकार | कार्य |
|---|
| सेलुलोज़ | रैखिक | पादप कोशिका भित्ति: शृंखलाएँ अगल-बगल रहती हैं और हाइड्रोजन बंधों से जुड़कर मज़बूत तंतु बनाती हैं |
| स्टार्च | रैखिक और शाखित | पौधों में ऊर्जा भंडार |
| ग्लाइकोजन | अत्यधिक शाखित | जंतुओं में ऊर्जा भंडार (यकृत, पेशी) |
| काइटिन | रैखिक | कवक की कोशिका भित्ति, कीटों का बाह्य कंकाल |
आकृति में दोनों शृंखलाएँ हर चरण में प्रत्येक बढ़ते सिरे पर एक शर्करा जोड़ती हैं। रैखिक शृंखला का एक ही सिरा होता है। शाखित शृंखला की हर शाखा पर एक सिरा होता है, इसलिए उतने ही समय में वह कहीं अधिक शर्कराएँ पाती है, और एंज़ाइम उन्हें उतनी ही तेज़ी से हटा भी सकता है। इसीलिए अत्यधिक शाखित ग्लाइकोजन वह भंडार है जिसका जंतु जल्दी में उपयोग करता है।
एकलकों के जुड़ने के तरीके में छोटा-सा बदलाव भी अणु को बदल देता है: मनुष्य स्टार्च पचा लेते हैं, पर कोई मानव एंज़ाइम सेलुलोज़ का जलअपघटन नहीं करता।
पूँछ में मोड़ वसा को कैसे पिघलाता है
लिपिड अधिकतर अध्रुवीय, जलविरोधी अणु हैं: वे जल में नहीं मिलते। लिपिड क्या करता है, यह इस पर निर्भर है कि उसके भाग कैसे जुड़े हैं।
कई लिपिड वसा अम्लों से बने होते हैं: लंबी हाइड्रोकार्बन शृंखलाएँ जिनके एक सिरे पर कार्बोक्सिल समूह होता है। वसा (ट्राइग्लिसराइड) तीन वसा अम्लों से बनती है जो निर्जलीकरण संश्लेषण द्वारा ग्लिसरॉल से जुड़े होते हैं।
संतृप्त वसा अम्ल में कार्बनों के बीच केवल एकल बंध होते हैं: उसमें जितने हाइड्रोजन समा सकते हैं उतने होते हैं, और उसकी शृंखला सीधी होती है। असंतृप्त वसा अम्ल में कम से कम एक कार्बन–कार्बन द्विबंध होता है, जो शृंखला में मोड़ डाल देता है। जितने अधिक द्विबंध, उतना अधिक असंतृप्त।
सीधी शृंखलाएँ सटकर बैठती हैं और अपनी पूरी लंबाई में एक-दूसरे को आकर्षित करती हैं, इसलिए संतृप्त वसा कमरे के तापमान पर ठोस होती हैं (मक्खन, चर्बी)। मुड़ी शृंखलाएँ सट नहीं पातीं, इसलिए असंतृप्त वसा द्रव होती हैं (जैतून का तेल)। 18 कार्बन वाले चार वसा अम्ल:
| वसा अम्ल | C=C बंध | गलनांक (°C) |
|---|
| स्टीयरिक अम्ल | 0 | 69.3 |
| ओलिक अम्ल | 1 | 13.4 |
| लिनोलिक अम्ल | 2 | −5.0 |
| α-लिनोलेनिक अम्ल | 3 | −11.0 |
लिपिड जितना अधिक असंतृप्त होता है, किसी दिए गए तापमान पर वह उतना ही अधिक द्रव होता है। असंतृप्त पूँछों से भरपूर झिल्लियाँ ठंड में भी तरल बनी रहती हैं।
ऊर्जा संचित करते हैं, संकेत देते हैं और झिल्लियाँ बनाते हैं
वसा, स्टेरॉयड और फॉस्फोलिपिड सभी लिपिड हैं, और हर एक का काम अलग है।
वसा ऊर्जा संचित करती है और कोशिका के कार्य में सहायक होती है; स्तनधारियों की त्वचा के नीचे यह ऊष्मीय रोधन भी करती है। एक ग्राम वसा से लगभग 37 kJ ऊर्जा मिलती है, जो एक ग्राम कार्बोहाइड्रेट के 17 kJ से दोगुनी से भी अधिक है। 1000 kJ संचित करने के लिए 27 g वसा चाहिए, पर कार्बोहाइड्रेट 59 g चाहिए।
स्टेरॉयड ऐसे लिपिड हैं जो चार जुड़े हुए कार्बन वलयों से बने होते हैं। इनमें से कई हार्मोन हैं (टेस्टोस्टेरोन, एस्ट्रोजन, कॉर्टिसोल), जो वृद्धि और विकास, ऊर्जा उपापचय और समस्थापन का नियमन करते हैं।
कोलेस्ट्रॉल एक स्टेरॉयड है जो जंतु कोशिका झिल्लियों की पूँछों के बीच स्थित होता है (चित्र में नीला) और उन्हें संरचनात्मक स्थिरता देता है।
एक फॉस्फोलिपिड में दो वसा-अम्ल पूँछें और फॉस्फेट समूह वाला एक शीर्ष होता है। शीर्ष ध्रुवीय, जलरागी होता है; पूँछें अध्रुवीय, जलविरोधी होती हैं। जिस अणु के दोनों प्रकार के सिरे हों, वह उभयदर्शी कहलाता है।
जल में फॉस्फोलिपिड लिपिड द्विस्तर बना लेते हैं: दो परतें, जिनमें शीर्ष दोनों ओर जल की तरफ़ होते हैं और पूँछें बीच में छिपी रहती हैं। हर कोशिका की प्लाज़्मा झिल्ली और उसके कोशिकांगों की झिल्लियाँ ऐसा ही द्विस्तर होती हैं। छोटे अध्रुवीय अणु इसके भीतर से निकल सकते हैं; आयन और बड़े ध्रुवीय अणु नहीं निकल सकते।
न्यूक्लियोटाइडों की एक शृंखला, जिसके दो अलग-अलग सिरे होते हैं
DNA और RNA जैविक सूचना को न्यूक्लियोटाइड नामक एकलकों के अनुक्रम के रूप में संचित करते हैं।
प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड के तीन भाग होते हैं:
- पाँच कार्बन वाली शर्करा: DNA में डीऑक्सीराइबोस, RNA में राइबोस;
- एक फॉस्फेट समूह;
- एक नाइट्रोजनी क्षारक: DNA में एडेनीन (A), ग्वानीन (G), साइटोसीन (C) और थायमीन (T), या RNA में यूरेसिल (U)।
सहसंयोजी बंध एक न्यूक्लियोटाइड के फॉस्फेट को अगले की शर्करा से जोड़ते हैं, जिससे शर्करा–फॉस्फेट आधार-शृंखला बनती है और क्षारक बाहर निकले रहते हैं। इसके अनुदिश क्षारकों का क्रम ही सूचना है।
शृंखला की एक दिशा होती है। इसकी शर्कराओं के कार्बन क्रमांकित होते हैं और दोनों सिरे अलग होते हैं: 5′ सिरे (“फाइव प्राइम”) पर शर्करा के 5′ कार्बन पर मुक्त फॉस्फेट होता है; 3′ सिरे पर शर्करा के 3′ कार्बन पर मुक्त हाइड्रॉक्सिल होता है।
न्यूक्लीक अम्ल बनते समय हर नया न्यूक्लियोटाइड बढ़ती शृंखला के 3′ सिरे से जुड़ता है, जैसा आकृति में है। इसलिए शृंखलाएँ हमेशा 5′ → 3′ दिशा में बढ़ती हैं और अनुक्रम भी इसी दिशा में लिखा जाता है: 5′-ATGCCGTA-3′।
प्रतिसमांतर शृंखलाएँ, युग्मित क्षारक
DNA दो शृंखलाओं से बना द्विकुंडलित संरचना है, जिसकी शृंखलाएँ विपरीत दिशाओं में चलती हैं और अपने क्षारकों के बीच हाइड्रोजन बंधों से जुड़ी रहती हैं।
शृंखलाएँ प्रतिसमांतर हैं: एक कुंडली के ऊपर 5′ → 3′ चलती है, दूसरी नीचे 5′ → 3′ चलती है। शर्करा–फॉस्फेट आधार-शृंखलाएँ बाहर होती हैं; क्षारक बीच में युग्म बनाते हैं।
युग्मन विशिष्ट होता है। एडेनीन थायमीन से युग्म बनाता है (A–T), दो हाइड्रोजन बंधों से; ग्वानीन साइटोसीन से युग्म बनाता है (G–C), तीन से। इसलिए हर शृंखला दूसरी का अनुक्रम तय कर देती है: वे पूरक हैं। RNA में एडेनीन यूरेसिल से युग्म बनाता है (A–U)।
क्योंकि A हमेशा T से और G हमेशा C से युग्म बनाता है, द्विसूत्री DNA में A उतना ही होता है जितना T, और G उतना ही जितना C। चार्गाफ़ ने मानव DNA को मापा:
| क्षारक | A | T | G | C |
|---|
| मोल % | 30.9 | 29.4 | 19.9 | 19.8 |
|---|
हल किया गया उदाहरण। यदि DNA के किसी नमूने में 30% A है, तो T भी 30% होगा; शेष 40% G और C में बराबर बँटा है, प्रत्येक 20%।
आकृति के 12 युग्म, ATGCGCATTAGC, 50.0% G–C हैं और 30 हाइड्रोजन बंधों से जुड़े हैं। G–C युग्म जितने अधिक होंगे, हाइड्रोजन बंध उतने अधिक होंगे, और शृंखलाओं को अलग करने के लिए उतना ऊँचा तापमान चाहिए।
| DNA | RNA |
|---|
| शर्करा | डीऑक्सीराइबोस | राइबोस |
| क्षारक | A, T, G, C | A, U, G, C |
| शृंखलाएँ | सामान्यतः दो | सामान्यतः एक |
पेप्टाइड बंध और R समूह
प्रोटीन अमीनो अम्लों की एक या अधिक रैखिक शृंखलाएँ होती हैं, जो सहसंयोजी पेप्टाइड बंधों से जुड़ी रहती हैं। एक शृंखला पॉलीपेप्टाइड कहलाती है।
प्रत्येक अमीनो अम्ल में एक केंद्रीय कार्बन चार चीज़ों से जुड़ा होता है: एक हाइड्रोजन, एक अमीन समूह (–NH2), एक कार्बोक्सिल समूह (–COOH) और एक परिवर्तनशील R समूह (पार्श्व शृंखला)। बीसों अमीनो अम्ल केवल अपने R समूहों में भिन्न होते हैं।
पेप्टाइड बंध एक अमीनो अम्ल के कार्बोक्सिल और अगले के अमीन के बीच निर्जलीकरण संश्लेषण से बनता है, जिसमें एक H2O निकलता है। शृंखला में एक N-सिरा (मुक्त अमीन) और एक C-सिरा (मुक्त कार्बोक्सिल) होता है, और वह C-सिरे पर बढ़ती है, जैसा आकृति में है।
रासायनिक गुण के अनुसार R समूह तीन प्रकार के होते हैं:
| R समूह | जल में व्यवहार |
|---|
| अध्रुवीय (धूसर) | जलविरोधी: जल से दूर गुच्छे बनाता है |
| ध्रुवीय (नीला) | जलरागी: जल के साथ हाइड्रोजन बंध बनाता है |
| आवेशित, आयनिक (लाल) | जलरागी: विपरीत आवेशों को आकर्षित करता है |
R समूह आपस में कैसे अंतःक्रिया करते हैं, यही प्रोटीन के प्रत्येक क्षेत्र का आकार और इसलिए कार्य तय करता है।
हल किया गया उदाहरण। 300 अमीनो अम्लों वाले पॉलीपेप्टाइड में 299 पेप्टाइड बंध होते हैं; औसतन लगभग 110 डाल्टन के अवशेषों के साथ उसका द्रव्यमान लगभग 300 × 110 = 33 kDa होता है।
प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक, चतुष्क
अमीनो अम्लों का अनुक्रम तय करता है कि शृंखला कैसे मुड़ेगी, और मुड़ा हुआ आकार तय करता है कि प्रोटीन क्या करेगा।
प्राथमिक संरचना अमीनो अम्लों का अनुक्रम है, जो पेप्टाइड बंधों से बँधा होता है। यह इसके ऊपर के सभी स्तरों को निर्धारित करती है।
द्वितीयक संरचना स्थानीय मोड़ है, जो आधार-शृंखला (R समूहों की नहीं) के परमाणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधों से बँधी होती है: कुंडलियाँ जिन्हें α-हेलिक्स कहते हैं और मुड़ी हुई β-प्लीटेड शीट।
तृतीयक संरचना पूरी शृंखला का त्रिविमीय आकार है, जो R समूहों के बीच अंतःक्रियाओं से बँधा होता है: हाइड्रोजन बंध, जलविरोधी अंतःक्रियाएँ (अध्रुवीय R समूह जल से दूर भीतर गुच्छे बनाते हैं), आवेशित R समूहों के बीच आयनिक बंध, और दो सिस्टीनों के बीच सहसंयोजी डाइसल्फ़ाइड सेतु (आकृति में लाल)।
चतुष्क संरचना एक प्रोटीन में दो या अधिक पॉलीपेप्टाइडों की व्यवस्था है। हीमोग्लोबिन में चार होते हैं: 141 अमीनो अम्लों की दो α शृंखलाएँ और 146 की दो β शृंखलाएँ।
चारों स्तर मिलकर प्रोटीन को उसका कार्य देते हैं। ऊष्मा, अति pH या कुछ रसायन ऊपरी स्तरों के दुर्बल बंधों को तोड़ देते हैं, और प्रोटीन खुल जाता है तथा काम करना बंद कर देता है: वह विकृत हो जाता है। प्राथमिक संरचना के पेप्टाइड बंध बचे रहते हैं।
एक अमीनो अम्ल बदलने पर मोड़ बदल सकता है। सिकल-सेल हीमोग्लोबिन में एक आवेशित R समूह की जगह अध्रुवीय समूह आ जाता है, और प्रोटीन अपने पड़ोसियों से चिपक जाता है।
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