1. Cấu trúc bậc một
Các axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptit tạo nên một chuỗi các axit amin được gọi là chuỗi pôlipeptit. Cấu trúc bậc l của một phân tử prôtêin chính là trình tự sắp xếp đặc thù của các loại axit amin trong chuỗi pôlipeptit (hình 5.la). Phân tử prôtêin đơn giản có thể chỉ được cấu tạo từ vài chục axit amin nhưng phân tử prôtêin phức tạp có số lượng axit amin rất lớn. Ví dụ, prôtêin làm nhiệm vụ vận chuyển colestêrôn trong máu người, apôlipôprôtêin, có tới 4636 axit amin.
2. Cấu trúc bậc hai
Chuỗi pôlipeptit sau khi được tổng hợp ra không tồn tại ở dạng mạch thẳng mà chúng co xoắn lại hoặc gấp nếp (hình 5.1 b) tạo nên cấu trúc bậc 2.
3. Cấu trúc bậc ba và bậc bốn
Chuỗi pôlipeptit ở dạng xoắn hoặc gấp nếp lại tiếp tục co xoắn tạo nên cấu trúc không gian 3 chiều đặc trưng được gọi là cấu trúc bậc 3 (hình 5.1c). Khi một prôtêin được cấu tạo từ một vài chuỗi pôlipeptit thì các chuỗi pôlipetit lại liên kết với nhau theo một cách nào đó tạo nên cấu trúc bậc 4 (hình 5. ld). Chỉ cần cấu trúc không gian 3 chiều của prôtêin bị hỏng là prôtêin đã mất chức năng sinh học.
Các yếu tố của môi trường như nhiệt độ cao, độ pH ... có thể phá hủy các cấu trúc không gian 3 chiều của prôtêin làm cho chúng mất chức năng. Hiện tượng prôtêin bị biến đổi cấu trúc không gian được gọi là hiện tượng biến tính của prôtêin.
Hình 5.1 : Các cấu trúc bậc của prôtêin