蛋白质分子结构分为一级、二级、三级和四级结构，后三者称为高级结构和空间结构，并非所有蛋白质都有四级结构，由一条肽链组成的蛋白质只有一、二、三级结构，由两条或两条以上多肽链组成的蛋白质才可能有四级结构。
（1）一级结构：在蛋白质分子中，从N-端到C-端的氨基酸排列顺序称为蛋白质的一级结构，一级结构中的主要化学键是肽键，此外，有些蛋白质分子尚含有二硫键，由两个半胱氨酸羧基脱氢氧化而生成，一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。
（2）二级结构：蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间构象，也就是该肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。二级结构的主要形式，包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲等。
（3）三级结构：蛋白质的三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子的三维空间的排布位置。
（4）四级结构：许多蛋白质在两条或两条以上的多肽链，肽链与肽链之间并不是通过共价相连，而是由非共价键维系，每一条多肽链都有自己完整的一级、二级和三级结构，称为亚基，亚基与亚基之间特定的三维空间排布和相互作用，称为蛋白质的四级结构。
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