לרשות התא עומדים 20 סוגים בלבד של אבני בניין לחלבונים, ונשמע שזה מעט. חשבו רגע על שרשרת קצרה יחסית של 100 אבני בניין: מספר הרצפים השונים האפשריים בה הוא 20 בחזקת 100, כלומר כ־10 בחזקת 130 — הרבה יותר ממספר האטומים ביקום הנצפה, שהוא בסדר גודל של 10 בחזקת 80. המגבלה אינה במספר אבני הבניין אלא ביכולת שלנו לתפוס כמה גדול המרחב שהן פותחות.

אבן הבניין נקראת חֻמְצַת אָמִינוֹ (amino acid). כל אחת מהן בנויה סביב אטום פחמן מרכזי אחד, ואליו קשורים ארבעה: קבוצה אמינית, קבוצה קרבוקסילית, אטום מימן, ושְׁיָר צְדָדִי (side chain) המסומן R. שלושת הראשונים זהים בכל 20 חומצות האמינו; ההבדל ביניהן הוא כולו בשייר הצדדי. השיירים נבדלים בגודלם ובעיקר באופיים הכימי: יש לא־קוטביים ודוחי מים, יש קוטביים ואוהבי מים, ויש טעונים חשמלית, חיובית או שלילית. האופי הזה הוא שיקבע בהמשך כיצד השרשרת תתקפל.

שתי חומצות אמינו נקשרות בקֶשֶׁר פֶּפְּטִידִי (peptide bond) בתגובת קונדנסציה: הקבוצה הקרבוקסילית של האחת מגיבה עם הקבוצה האמינית של השנייה, נוצר קשר קוולנטי חזק, ומשתחררת מולקולת מים אחת. חזרה על התהליך יוצרת פּוֹלִיפֶּפְּטִיד (polypeptide): שלד אחיד וחוזר של קשרים פפטידיים, שממנו בולטים החוצה השיירים הצדדיים המשתנים. לשרשרת יש כיווניות קבועה, קצה אמיני בצד אחד וקצה קרבוקסילי בשני, ורצף השיירים בה נקבע על פי המידע שב־DNA. אורכי השרשראות שונים מאוד: באינסולין 51 חומצות אמינו בשתי שרשראות, בנות 21 ו־30, ואילו בטיטין, החלבון הארוך ביותר בגוף האדם, כ־34,350.

שרשרת פוליפפטידית אינה נשארת מתוחה. ברגע שהיא נמצאת בתמיסה מימית, השיירים הלא־קוטביים אינם יוצרים קשרי מימן עם המים, והתארגנות מולקולות המים סביבם דוחסת אותם זה אל זה פנימה, אל תוך גוף המולקולה, בעוד השיירים הקוטביים והטעונים נשארים פונים החוצה אל המים. השרשרת מתקפלת אפוא לצורה תלת־ממדית מוגדרת, המִבְנֶה מֶרְחָבִי (conformation) שלה. הצורה הזאת מיוצבת בקשרי מימן, בקשרים יוניים בין שיירים בעלי מטען הפוך, ולעיתים גם בגֶּשֶׁר דִּיסוּלְפִידִי (disulfide bridge) — קשר קוולנטי בין שני שיירי ציסטאין, שיכול לחבר נקודות רחוקות מאוד ברצף או אפילו שתי שרשראות נפרדות, כפי שקורה באינסולין.

שימו לב לפער בעוצמות: הקשרים המייצבים את הצורה חלשים בסדר גודל אחד או שניים מן הקשר הפפטידי עצמו. מכאן נובעת מסקנה מרכזית — חימום או שינוי חומציות יכולים לפרק את הקיפול ולבטל את פעילות החלבון בלי לנתק ולו קשר פפטידי אחד; השרשרת נשארת שלמה, אך צורתה אבדה. השרשרת הסיבתית כולה היא רצף חומצות האמינו ← המבנה המרחבי ← התפקוד, ולכן שינוי בשייר בודד ברצף אינו בהכרח זניח.

מה תפקיד המיטוכונדריון בתא?