Полимерная молекула белка образуется при соединении в длинную цепочку элементов-аминокислот. Аминокислоты нанизываются на нить химических связей благодаря имеющимся у всех аминокислот амино- и карбоксильной группам, присоединённым к альфа-атому углерода и образуется соединение которое называется пептид.

Пептидная связь - это группировка —СО—NH—, а пептидная связь представляет собой соединение между атомами углерода и азота.

С применением пептидных связей можно собрать множество остатков аминокислот в соединения, которые называют полипептиды. Немецкий химик Эмиль Герман Фишер в 1902 году установил полипептидное строение молекулы белка.

На концах аминокислотной цепочки находятся свободные амино-и карбоксильная группы; эти концы цепочки называют N- и С-концами. Аминокислотные остатки в полипептидной цепочке принято нумеровать с N-конца.

Расстояние между атомами С и N (в -СО-NH-связи) равно 0,1325 нм, то есть меньше нормального расстояния между альфа-углеродным атомом и атомом N той же цепи, выражаемого величиной 0,146 нм. Вместе с тем оно превышает расстояние между атомами С и N, соединенными двойной связью (0,127 нм). Таким образом, связь углеродом и азотом в -СО-NH -группировке может рассматриваться как промежуточная между простой и двойной вследствие сопряжения электронов карбонильной группы со свободными электронами атома азота. Это определенным образом сказывается на свойствах полипептидов и белков: по месту пептидных связей легко осуществляется таутомерная перегруппировка, приводящая к образованию енольной формы пептидной связи, отличающейся повышенной реакционной способностью.

Общее число аминокислотных остатков в белковой молекуле изменяется в очень широких пределах. Человеческий инсулин состоит из 51 аминокислотного остатка, а лизоцим молока кормящей матери — из 130. В гемоглобине человека 4 аминокислотные цепочки, каждая из которых построена из примерно 140 аминокислот. Существуют белки, имеющие почти 3 тыс. аминокислотных остатков в единой цепи.

Молекулярные массы белков лежат в диапазоне примерно от 11 тыс. для малых белков, состоящих из 100 аминокислотных остатков, до 1 млн и более для белков с очень длинными полипептидными цепями или для белков, состоящих из нескольких полипептидных цепей.

Каждый белок имеет свой неповторимый аминокислотный состав и уникальный порядок соединения аминокислот, называемый первичной структурой белка.