Les longues chaînes, ou polymères, d'acides aminés sont appelées protéines (bien que les protéines ne soient pas nécessairement exclusivement des acides aminés). Les acides aminés sont liés par ce que l'on appelle des « liaisons peptidiques ». L'ordre des acides aminés est déterminé par l'ordre de nucléotides (l'« alphabet » génétique) dans un gène d'ADN, qui à son tour détermine comment la protéine se replie et les fonctions.
Production de protéines à partir d'acides aminés
Le processus de liaison des acides aminés aux protéines commence dans le noyau cellulaire. L'ARN messager (ARNm) d'un gène est créé en utilisant un tronçon d'ADN comme matrice. L'ARNm se déplace ensuite à l'extérieur du noyau vers les fabricants de protéines appelés «ribosomes». C'est là que les protéines sont fabriquées. Dans les ribosomes, l'ARN de transfert (ARNt) colle ensuite les acides aminés sur l'ARNm. Essentiellement, l'ARNm est utilisé comme matrice pour construire la protéine.
Liaison peptidique entre les acides aminés
Les acides aminés sont liés tête-bêche dans de longs polymères linéaires. Plus précisément, le groupe acide carboxylique (-CO) d'un acide aminé se fixe au groupe amino (-NH) du suivant. Cette liaison est appelée « liaison peptidique ». De telles chaînes d'acides aminés sont appelées « polypeptides ».
Chaînes latérales d'acides aminés
Les acides aminés ont des chaînes latérales attachées à l'atome de carbone central. Ces chaînes latérales ont des caractéristiques électrostatiques (de liaison) différentes. Ceci est important dans la façon dont la protéine initialement linéaire se replie lorsqu'elle est libérée de sa matrice d'ARNm.
Ordre des acides aminés et repliement des protéines
La forme de la protéine est déterminée par la séquence d'acides aminés. Les liaisons d'une longue chaîne polypeptidique permettent une libre rotation des atomes, ce qui confère au squelette de la protéine une grande flexibilité. Cependant, la plupart des chaînes polypeptidiques se replient en une seule forme, et la plupart d'entre elles le font spontanément.
Chaînes latérales et pliage
Le repliement est déterminé par l'ordre des chaînes latérales des acides aminés. Ces chaînes latérales interagissent avec chacune et l'eau dans la cellule. Les chaînes latérales polaires ont tendance à se tordre pour faire face à l'eau. Les chaînes latérales non polaires se transforment au centre de la boule de protéines, étant hydrophobes (n'aimant pas l'eau). La répartition des sites polaires et non polaires est donc l'un des facteurs les plus importants régissant le repliement de la protéine.
Nombre de combinaisons d'acides aminés
20 acides aminés sont utilisés pour fabriquer des protéines. Bien qu'il existe 20^n polypeptides différents qui ont une longueur de n acides aminés, une très petite fraction des protéines résultantes serait stable. La plupart auraient de nombreuses formes avec des niveaux d'énergie presque équivalents. Pouvant changer de forme facilement pour adopter un niveau d'énergie différent, ils ne seraient donc pas assez stables pour être utiles à l'organisme. Un acide aminé au mauvais endroit peut donc rendre une protéine inutile. Par conséquent, la plupart des mutations de l'ADN ne profitent pas à l'organisme. Ce n'est que par une quantité énorme d'essais et d'erreurs que des protéines utiles ont évolué.