โครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีนคือลำดับเชิงเส้นของกรดอะมิโนในเปปไทด์หรือโปรตีนตามธรรมเนียมแล้วโครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีนจะถูกรายงานโดยเริ่มจาก ปลาย อะมิโน (N) ไปจนถึง ปลาย คาร์บอกซิล (C) การสังเคราะห์โปรตีนส่วนใหญ่เกิดขึ้นโดยไรโบโซมในเซลล์ นอกจากนี้ยังสามารถสังเคราะห์ เปปไทด์ ได้ในห้องปฏิบัติการ โครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีนสามารถหาลำดับได้โดยตรงหรืออนุมานได้จากลำดับดีเอ็นเอ

กรดอะมิโนจะเกิดพอลิเมอไรเซชันผ่านพันธะเปปไทด์เพื่อสร้างโครงสร้างหลัก ที่ยาว โดยมีโซ่ข้างของกรดอะมิโนที่แตกต่างกันยื่นออกมาตามแนวนั้น ในระบบชีวภาพ โปรตีนจะถูกผลิตขึ้นในระหว่างการแปลรหัส โดย ไรโบโซมของเซลล์สิ่งมีชีวิตบางชนิดยังสามารถสร้างเปปไทด์สั้นๆ ได้โดยการสังเคราะห์เปปไทด์แบบไม่ใช้ไรโบโซมซึ่งมักใช้กรดอะมิโนอื่นนอกเหนือจากที่เข้ารหัสไว้ 22 ชนิด และอาจมีการสร้างเป็นวงแหวน ปรับเปลี่ยน และเชื่อมโยงกัน^{[ 1 ]}

สามารถสังเคราะห์ เปปไทด์ ได้ด้วยวิธีทางเคมีในห้องปฏิบัติการหลายวิธี โดยทั่วไปแล้ว วิธีทางเคมีจะสังเคราะห์เปปไทด์ในลำดับที่ตรงกันข้าม (เริ่มจากปลาย C-terminus) กับการสังเคราะห์โปรตีนทางชีวภาพ (เริ่มจากปลาย N-terminus)

ลำดับโปรตีนมักจะถูกระบุเป็นสตริงของตัวอักษร โดยเรียงลำดับกรดอะมิโนจาก ปลาย อะมิโนไปจนถึง ปลาย คาร์บอกซิลสามารถใช้รหัสสามตัวอักษรหรือรหัสตัวอักษรเดียวเพื่อแทนกรดอะมิโน 22 ชนิดที่เข้ารหัสตามธรรมชาติ รวมถึงส่วนผสมหรือกรดอะมิโนที่ไม่ชัดเจน (คล้ายกับการเขียนสัญลักษณ์กรดนิวคลีอิก ) ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

สามารถหาลำดับของเปปไทด์ได้โดยตรงหรืออนุมานจากลำดับดีเอ็นเอ ปัจจุบันมี ฐานข้อมูลลำดับขนาดใหญ่ที่รวบรวมลำดับโปรตีนที่รู้จักไว้แล้ว

โดยทั่วไป โพลีเปปไทด์เป็นพอลิเมอร์ที่ไม่แตกแขนง ดังนั้นโครงสร้างปฐมภูมิของมันจึงมักระบุได้จากลำดับของกรดอะมิโนตามแนวกระดูกสันหลัง อย่างไรก็ตาม โปรตีนสามารถเกิดการเชื่อมโยงกันได้ โดยส่วนใหญ่มักเป็นพันธะไดซัลไฟด์และโครงสร้างปฐมภูมิยังต้องระบุอะตอมที่เชื่อมโยงกันด้วย เช่น การระบุซิสเทอีนที่เกี่ยวข้องกับพันธะไดซัลไฟด์ของโปรตีน การเชื่อมโยงแบบอื่น ๆ ได้แก่เดสโมซีน

ศูนย์ไครัลของสายโซ่โพลีเปปไทด์สามารถเกิดการราซีไมเซชันได้ แม้ว่าจะไม่เปลี่ยนแปลงลำดับ แต่ก็ส่งผลต่อคุณสมบัติทางเคมีของลำดับนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กรดอะมิโน Lที่พบได้ทั่วไปในโปรตีน สามารถเกิดไอโซเมอไรเซชันที่อะตอมได้เองโดยธรรมชาติเพื่อสร้าง กรดอะมิโน Dซึ่งไม่สามารถถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์โปรตีเอส ส่วนใหญ่ได้ นอกจากนี้โพรลีน ยัง สามารถสร้างไอโซเมอร์ทรานส์ที่เสถียรได้ที่พันธะเปปไทด์ ${\displaystyle \mathrm {C^{\alpha }} }$

นอกจากนี้ โปรตีนยังสามารถเกิดการดัดแปลงหลังการสังเคราะห์ ได้หลายรูปแบบ ซึ่งจะสรุปโดยย่อไว้ในที่นี้

หมู่เอมีโนที่ปลาย N ของพอลิเปปไทด์สามารถถูกดัดแปลงด้วยพันธะโควาเลนต์ได้ เช่น

• อะเซทิเลชัน${\displaystyle \mathrm {-C(=O)-CH_{3}} }$

ประจุบวกบนหมู่เอมีโนที่ปลาย N-เทอร์มินัลสามารถกำจัดได้โดยการเปลี่ยนเป็นหมู่แอเซทิล (การปิดกั้นที่ปลาย N-เทอร์มินัล)

• ฟอร์ไมเลชัน${\displaystyle \mathrm {-C(=O)H} }$

โดยปกติแล้ว เมไทโอนีนที่ปลาย N-เทอร์มินัลที่พบหลังการแปลรหัสจะมีปลาย N-เทอร์มินัลถูกปิดกั้นด้วยหมู่ฟอร์มิล หมู่ฟอร์มิลนี้ (และบางครั้งอาจรวมถึงโมเลกุลเมไทโอนีนเองด้วย หากตามด้วยไกลซีนหรือซีรีน) จะถูกกำจัดออกโดยเอนไซม์ดีฟอร์มิลเลส

• ไพโรกลูตาเมต

กลูตามีนที่ปลาย N-terminus สามารถโจมตีตัวเองได้ ทำให้เกิดกลุ่มไพโรกลูตาเมตแบบวงแหวน

• ไมริสโตอิลเลชัน${\displaystyle \mathrm {-C(=O)-\left(CH_{2}\right)_{12}-CH_{3}} }$

คล้ายกับการอะเซทิเลชัน แต่แทนที่จะเป็นหมู่เมทิลธรรมดา หมู่ไมริสโตอิล จะมีส่วนหางเป็นคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำ 14 อะตอม ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการยึดโปรตีนเข้ากับเยื่อหุ้มเซลล์

หมู่คาร์บอกซิเลตที่ปลาย C ของพอลิเปปไทด์สามารถถูกดัดแปลงได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น

• การเติมหมู่เอมีน (ดูรูปภาพ)

นอกจากนี้ ยังสามารถปิดกั้นปลาย C-terminus (ซึ่งจะทำให้ประจุลบเป็นกลาง) ได้ด้วยกระบวนการอะมิเนชั่น

• การเชื่อมต่อไกลโคซิลฟอสฟาติดิลอิโนซิทอล (GPI)

ไกลโคซิลฟอสฟาติดิลอิโนซิทอล (GPI) เป็นหมู่ฟอสโฟลิปิดขนาดใหญ่ที่ไม่ชอบน้ำ ซึ่งทำหน้าที่ยึดโปรตีนเข้ากับเยื่อหุ้มเซลล์มันเชื่อมต่อกับปลาย C-terminus ของพอลิเปปไทด์ผ่านพันธะอะไมด์ จากนั้นเชื่อมต่อกับเอทานอลอะมีน แล้วเชื่อมต่อกับน้ำตาลชนิดต่างๆ และสุดท้ายเชื่อมต่อกับส่วนประกอบลิปิดฟอสฟาติดิลอิโนซิทอล

สุดท้ายนี้หมู่ข้างเคียง ของเปปไทด์ ยังสามารถดัดแปลงได้ด้วยพันธะโควาเลนต์ เช่น

• การฟอสโฟรีเลชัน

นอกจากการแตกตัวแล้วการฟอสฟอริเลชันอาจเป็นการดัดแปลงทางเคมีที่สำคัญที่สุดของโปรตีน หมู่ฟอสเฟตสามารถติดเข้ากับหมู่ไฮดรอกซิลของหมู่ข้างเคียงของกรดอะมิโนซีรีน ทรีโอนีน และไทโรซีน ทำให้เกิดประจุลบที่ตำแหน่งนั้นและสร้างกรดอะมิโนที่ไม่เป็นธรรมชาติ ปฏิกิริยาดังกล่าวถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ไคเนสและปฏิกิริยาย้อนกลับถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ฟอสฟาเทส ไทโรซีนที่ถูกฟอสฟอริเลชันมักถูกใช้เป็น "ตัวเชื่อม" ที่โปรตีนสามารถจับกันได้ ในขณะที่การฟอสฟอริเลชันของซีรีน/ทรีโอนีนมักทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ซึ่งสันนิษฐานว่าเป็นเพราะประจุลบที่เพิ่มเข้ามา ผลของฟอสฟอริเลชันของซีรีน/ทรีโอนีนบางครั้งสามารถจำลองได้โดยการกลายพันธุ์กรดอะมิโนซีรีน/ทรีโอนีนเป็นกลูตาเมต

• ไกลโคซิเลชัน

เป็นชื่อเรียกโดยรวมสำหรับชุดของการดัดแปลงทางเคมีที่พบได้ทั่วไปและมีความหลากหลายมาก หมู่โมเลกุลน้ำตาลสามารถเชื่อมต่อกับหมู่ไฮดรอกซิลของสายโซ่ด้านข้างของ Ser/Thr หรือกับหมู่เอไมด์ของสายโซ่ด้านข้างของ Asn ได้ การเชื่อมต่อดังกล่าวมีหน้าที่หลายอย่าง ตั้งแต่การเพิ่มความสามารถในการละลายไปจนถึงการจดจำสารประกอบเชิงซ้อน การไกลโคซิเลชันทั้งหมดสามารถถูกยับยั้งได้ด้วยสารยับยั้งบางชนิด เช่นทูนิคามัยซิน

• การดีแอมิเดชัน (การสร้างซัคซินิไมด์)

ในการดัดแปลงนี้ หมู่ข้างเคียงของแอสปาราจีนหรือแอสปาร์เทตจะเข้าโจมตีพันธะเปปไทด์ถัดไป ทำให้เกิดสารตัวกลางซัคซินิไมด์แบบสมมาตร การไฮโดรไลซิสของสารตัวกลางจะให้ผลผลิตเป็นแอสปาร์เทตหรือกรดอะมิโนเบต้า ไอโซ(แอสปาร์เทต) สำหรับแอสปาราจีน ผลิตภัณฑ์ทั้งสองชนิดจะทำให้สูญเสียหมู่เอไมด์ไป จึงเรียกว่า "การดีเอไมเดชัน"

• ไฮดรอกซิเลชัน

หมู่โพรลีนอาจถูกเติมหมู่ไฮดรอกซิลที่อะตอมใดอะตอมหนึ่งจากสองอะตอม เช่นเดียวกับไลซีน (ที่อะตอมเดียว) ไฮดรอกซีโพรลีนเป็นส่วนประกอบสำคัญของคอลลาเจนซึ่งจะขาดความเสถียรหากขาดไป ปฏิกิริยาการเติมหมู่ไฮดรอกซิลนี้ถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ที่ต้องการกรดแอสคอร์บิก (วิตามินซี) ซึ่งการขาดวิตามินซีจะนำไปสู่โรคเนื้อเยื่อเกี่ยวพันหลายชนิด เช่นโรคลักปิดลักเปิด

• เมทิลเลชัน

กรดอะมิโนหลายชนิดในโปรตีนสามารถถูกเติมหมู่เมทิลได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหมู่ที่มีประจุบวก อย่าง ไลซีนและอาร์จินีนกรดอะมิโนอาร์จินีนจะทำปฏิกิริยากับโครงสร้างฟอสเฟตของกรดนิวคลีอิกและมักจะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับกรดอะมิโนเบส โดยเฉพาะอย่างยิ่งกัวนีนในสารประกอบโปรตีน-ดีเอ็นเอ ส่วนกรดอะมิโนไลซีนสามารถถูกเติมหมู่เมทิลได้หนึ่งหมู่ สองหมู่ หรือแม้แต่สามหมู่ อย่างไรก็ตาม การเติมหมู่เมทิลไม่ได้เปลี่ยนแปลงประจุบวกบนหมู่ข้างเคียงของกรด อะมิโนแต่อย่างใด

• อะเซทิเลชัน

การอะเซทิเลชันของหมู่กรดอะมิโนไลซีนนั้นมีลักษณะทางเคมีคล้ายคลึงกับการอะเซทิเลชันของปลาย N-เทอร์มินัส อย่างไรก็ตาม ในเชิงหน้าที่ การอะเซทิเลชันของหมู่ไลซีนถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมการจับกันของโปรตีนกับกรดนิวคลีอิก การหักล้างประจุบวกบนไลซีนจะทำให้แรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตต่อกรดนิวคลีอิก (ซึ่งมีประจุลบ) อ่อนลง

• การซัลเฟต

ไทโรซีนอาจถูกเติมหมู่ซัลเฟตที่อะตอมของมัน ที่ค่อนข้างผิดปกติคือ การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นในเครื่องมือของกอลจิไม่ใช่ในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมเช่นเดียวกับไทโรซีนที่ถูกฟอสฟอริเลต ไทโรซีนที่ถูกเติมหมู่ซัลเฟตจะถูกใช้สำหรับการจดจำจำเพาะ เช่น ในตัวรับเคโมไคน์บนพื้นผิวเซลล์ เช่นเดียวกับการฟอสฟอริเลต การเติมหมู่ซัลเฟตจะเพิ่มประจุลบให้กับตำแหน่งที่เป็นกลางก่อนหน้านี้${\displaystyle \mathrm {O^{\eta }} }$

• การพรีนิเลชันและการพาลมิโตอิเลชัน${\displaystyle \mathrm {-C(=O)-\left(CH_{2}\right)_{14}-CH_{3}} }$

ไอโซพรีนที่มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ (เช่น หมู่ฟาร์เนซิล หมู่เจอรานิล และหมู่เจอรานิลเจอรานิล) และหมู่พาลมิโทอิล อาจถูกเติมเข้าไปที่อะตอมของหมู่ซิสเทอีนเพื่อยึดโปรตีนเข้ากับเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งแตกต่างจาก ตัวยึด GPIและไมริโทอิล ตรงที่หมู่เหล่านี้ไม่จำเป็นต้องถูกเติมที่ปลายสุดของโมเลกุลเสมอไป${\displaystyle \mathrm {S^{\gamma }} }$

• คาร์บอกซิเลชัน

เป็นการดัดแปลง ที่ค่อนข้างหายาก โดยเพิ่มหมู่คาร์บอกซิเลตพิเศษ (และด้วยเหตุนี้จึงมีประจุลบสองเท่า) เข้าไปในโซ่ข้างของกลูตาเมต ทำให้เกิดสารตกค้าง Gla ซึ่งใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงในการจับกับไอออนโลหะ "แข็ง" เช่นแคลเซียม

• เอดีพี-ไรโบซิเลชัน

หมู่ ADP-ribosyl ขนาดใหญ่สามารถถ่ายโอนไปยังหมู่ข้างเคียงหลายประเภทภายในโปรตีนได้ โดยมีผลกระทบที่แตกต่างกัน การดัดแปลงนี้เป็นเป้าหมายของสารพิษร้ายแรงจากแบคทีเรียหลายชนิด เช่นVibrio cholerae , Corynebacterium diphtheriaeและBordetella pertussis

• การยูบิควิตินเนชันและการซูโมอิเลชัน

โปรตีนที่มีโครงสร้างสมบูรณ์และพับตัวได้หลายชนิดสามารถเชื่อมต่อที่ปลาย C-terminus กับหมู่แอมโมเนียมของไลซีนในโปรตีนอื่นได้ ยูบิควิตินเป็นชนิดที่พบได้บ่อยที่สุด และโดยปกติจะส่งสัญญาณว่าโปรตีนที่ติดแท็กยูบิควิตินนั้นควรถูกย่อยสลาย

การดัดแปลงโพลีเปปไทด์ส่วนใหญ่ที่กล่าวมาข้างต้นเกิดขึ้น หลังการสังเคราะห์โปรตีน (post-translational) กล่าว คือ หลังจากที่โปรตีนถูกสังเคราะห์บนไรโบโซมแล้วซึ่งโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ภายในเซลล์ของเซลล์ยูคาริโอติก

นักเคมีได้นำปฏิกิริยาเคมีอื่นๆ อีกมากมาย (เช่น ปฏิกิริยาไซยาไนเลชัน) มาประยุกต์ใช้กับโปรตีน แม้ว่าปฏิกิริยาเหล่านี้จะไม่พบในระบบชีวภาพก็ตาม

นอกเหนือจากที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว การดัดแปลงโครงสร้างหลักที่สำคัญที่สุดคือการตัดแยกเปปไทด์ (โดยการไฮโดรไลซิส ทางเคมี หรือโดยเอนไซม์โปรตีเอส ) โปรตีนมักถูกสังเคราะห์ขึ้นในรูปของสารตั้งต้นที่ไม่ทำงาน โดยทั่วไปแล้ว ส่วนปลายด้าน N หรือด้าน C จะปิดกั้นบริเวณที่ทำงานของโปรตีน ทำให้การทำงานของโปรตีนถูกยับยั้ง โปรตีนจะถูกกระตุ้นให้ทำงานได้โดยการตัดแยกเปปไทด์ที่ยับยั้งออกไป

โปรตีนบางชนิดมีความสามารถในการแยกตัวเองได้ โดยทั่วไป หมู่ไฮดรอกซิลของซีรีน (หรือทรีโอนีนในบางกรณี) หรือหมู่ไทออลของซิสเทอีนจะเข้าโจมตีคาร์บอนิลคาร์บอนของพันธะเปปไทด์ก่อนหน้า ทำให้เกิดสารตัวกลางที่มีพันธะแบบทรงสี่หน้า [จัดเป็นสารตัวกลางไฮดรอกซีออกซาโซลิดีน (ซีรีน/ทรีโอนีน) หรือไฮดรอกซีไทอะโซลิดีน (ซิสเทอีน)] สารตัวกลางนี้มีแนวโน้มที่จะกลับไปเป็นรูปแบบอะไมด์ โดยขับไล่หมู่ที่เข้าโจมตีออกไป เนื่องจากรูปแบบอะไมด์มักได้รับความโปรดปรานจากพลังงานอิสระ (สันนิษฐานว่าเนื่องมาจากการทำให้เสถียรด้วยเรโซแนนซ์ที่แข็งแกร่งของหมู่เปปไทด์) อย่างไรก็ตาม ปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลเพิ่มเติมอาจทำให้รูปแบบอะไมด์มีความเสถียรน้อยลง หมู่เอมีโนจะถูกขับไล่ออกไปแทน ส่งผลให้เกิดพันธะเอสเทอร์ (ซีรีน/ทรีโอนีน) หรือไทโอเอสเทอร์ (ซิสเทอีน) แทนที่พันธะเปปไทด์ ปฏิกิริยาเคมีนี้เรียกว่า การเคลื่อนย้ายหมู่เอซิล ของ NO

พันธะเอสเทอร์/ไทโอเอสเทอร์สามารถแยกออกได้หลายวิธี:

• การไฮโดรไลซิสแบบง่ายจะแยกสายโซ่โพลีเปปไทด์ โดยหมู่เอมีโนที่ถูกแทนที่จะกลายเป็นปลาย N-เทอร์มินัสใหม่ ปรากฏการณ์นี้พบเห็นได้ในกระบวนการเจริญเติบโตของไกลโคซิลแอสพาราจิเนส
• ปฏิกิริยา β-elimination ยังทำให้สายโซ่แตกออก แต่จะทำให้เกิดหมู่ไพรูโวอิลที่ปลาย N-terminus ใหม่ หมู่ไพรูโวอิลนี้สามารถใช้เป็นโคแฟคเตอร์เร่งปฏิกิริยาที่ยึดติดด้วยพันธะโควาเลนต์ในเอนไซม์บางชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเอนไซม์ดีคาร์บอกซิเลส เช่นเอส-อะดีโนซิลเมไทโอนีนดีคาร์บอกซิเลส (SAMDC) ซึ่งใช้ประโยชน์จากพลังการดึงอิเล็กตรอนของหมู่ไพรูโวอิล
• การถ่ายโอนเอสเทอร์ภายในโมเลกุล ส่งผลให้เกิดพอ ลิเปปไทด์ แบบแตกแขนงในอินทีนพันธะเอสเทอร์ใหม่จะถูกทำลายโดยการโจมตีภายในโมเลกุลโดยแอสปาราจีนซึ่งกำลังจะอยู่ที่ปลาย C-terminus
• การถ่ายโอนเอสเทอร์ระหว่างโมเลกุลสามารถถ่ายโอนส่วนทั้งหมดจากพอลิเปปไทด์หนึ่งไปยังอีกพอลิเปปไทด์หนึ่งได้ ดังที่เห็นได้ในกระบวนการประมวลผลอัตโนมัติของโปรตีน Hedgehog

ข้อเสนอที่ว่าโปรตีนเป็นสายโซ่เชิงเส้นของกรดอะมิโนอัลฟาเกิดขึ้นเกือบพร้อมกันโดยนักวิทยาศาสตร์สองคนในการประชุมเดียวกันในปี ค.ศ. 1902 ซึ่งเป็นการประชุมครั้งที่ 74 ของสมาคมนักวิทยาศาสตร์และแพทย์ชาวเยอรมันที่จัดขึ้นในเมืองคาร์ลสบาดฟรานซ์ ฮอฟไมสเตอร์เสนอข้อเสนอนี้ในตอนเช้า โดยอิงจากการสังเกตปฏิกิริยาไบยูเรตในโปรตีน ไม่กี่ชั่วโมงต่อมา เอมิล ฟิชเชอร์ ก็ได้เสนอ ข้อเสนอต่อจาก ฮอฟไมสเตอร์โดยเขาได้รวบรวมรายละเอียดทางเคมีมากมายที่สนับสนุนแบบจำลองพันธะเปปไทด์ เพื่อความสมบูรณ์ ข้อเสนอที่ว่าโปรตีนมีพันธะอะไมด์เกิดขึ้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1882 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส อี. กริมโมซ์^{[ 6 ]}

แม้จะมีข้อมูลเหล่านี้และหลักฐานในภายหลังที่แสดงว่าโปรตีนที่ถูกย่อยด้วยเอนไซม์โปรตีเอสจะให้ผลลัพธ์เป็นเพียงโอลิโกเปปไทด์ แต่แนวคิดที่ว่าโปรตีนเป็นพอลิเมอร์เชิงเส้นที่ไม่แตกแขนงของกรดอะมิโนนั้นยังไม่ได้รับการยอมรับในทันที นักวิทยาศาสตร์บางคน เช่นวิลเลียม แอสเบอรีสงสัยว่าพันธะโควาเลนต์จะแข็งแรงพอที่จะยึดโมเลกุลยาวๆ เหล่านั้นไว้ด้วยกันได้หรือไม่ พวกเขากลัวว่าการสั่นสะเทือนจากความร้อนจะทำให้โมเลกุลยาวๆ เหล่านั้นแยกออกจากกันเฮอร์มันน์ สเตาดิงเกอร์เผชิญกับอคติที่คล้ายกันในช่วงทศวรรษ 1920 เมื่อเขาโต้แย้งว่ายางประกอบด้วยโมเลกุลขนาดใหญ่^{[ 6 ]}

ดังนั้นจึงเกิดสมมติฐานทางเลือกหลายประการสมมติฐานโปรตีนคอลลอยด์กล่าวว่าโปรตีนเป็นกลุ่มคอลลอยด์ของโมเลกุลขนาดเล็ก สมมติฐานนี้ถูกหักล้างในช่วงทศวรรษ 1920 โดยการวัดด้วยเครื่องอัลตราเซนตริฟิวจ์โดยธีโอดอร์ สเวดเบิร์กซึ่งแสดงให้เห็นว่าโปรตีนมีน้ำหนักโมเลกุลที่กำหนดได้ชัดเจนและสามารถทำซ้ำได้ และโดยการวัดด้วยอิเล็กโทรโฟเรซิสโดยอาร์เน ทิเซลิอุสซึ่งบ่งชี้ว่าโปรตีนเป็นโมเลกุลเดี่ยว สมมติฐานที่สองคือสมมติฐานไซโคลที่เสนอโดยโดโรธี วรินช์เสนอว่าพอลิเปปไทด์เชิงเส้นมีการจัดเรียงตัวทางเคมีแบบไซโคล C=O + HN C(OH)-N ซึ่งเชื่อมโยงกลุ่มอะไมด์ของโครงสร้างหลัก ทำให้เกิด โครงสร้างสองมิติ นักวิจัยหลายคนได้เสนอโครงสร้างหลักอื่นๆ ของโปรตีน เช่นแบบจำลองไดคีโทไพเพอราซีนของเอมิล อับเดอร์ฮัลเดนและแบบจำลองไพร์โรล/ไพเพอริดีนของทรอนเซการ์ดในปี 1942 แม้ว่าแบบจำลองทางเลือกเหล่านี้จะไม่ได้รับการยอมรับมากนัก แต่ในที่สุดก็ถูกหักล้างเมื่อเฟรเดอริก แซงเกอร์ สามารถจัดลำดับกรดอะมิโน ของอินซูลินได้สำเร็จและโดยการกำหนดโครงสร้างของไมโอโกลบินและฮีโมโกลบินด้วยวิธีผลึกศาสตร์โดยแม็กซ์ เพรุตซ์และจอห์น เคนดรูว์ ${\displaystyle \rightarrow }$

โครงสร้างปฐมภูมิของพอลิเมอร์ทางชีวภาพเป็นตัวกำหนดรูปร่างสามมิติ ( โครงสร้างตติยภูมิ ) ในระดับมาก ลำดับโปรตีนสามารถใช้ในการทำนายลักษณะเฉพาะในระดับท้องถิ่นเช่น ส่วนของโครงสร้างทุติยภูมิ หรือบริเวณที่ทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ อย่างไรก็ตาม ความซับซ้อนของการพับตัวของโปรตีนในปัจจุบันทำให้ไม่สามารถทำนายโครงสร้างตติยภูมิของโปรตีนจากลำดับเพียงอย่างเดียวได้ การทราบโครงสร้างของลำดับที่ คล้ายคลึงกัน (เช่น สมาชิกในตระกูลโปรตีน เดียวกัน) ช่วยให้สามารถทำนาย โครงสร้างตติยภูมิได้อย่างแม่นยำสูงโดยใช้แบบจำลองความคล้ายคลึงกันหากมีลำดับโปรตีนแบบเต็มความยาว ก็สามารถประมาณคุณสมบัติทางชีวฟิสิกส์ ทั่วไปได้ เช่นจุดไอโซอิเล็กทริก

• การจัดลำดับโปรตีน
• โครงสร้างหลักของกรดนิวคลีอิก
• การแปล
• องค์ประกอบกรดอะมิโนเทียม