Khi các amino acid trùng hợp, các nhóm carboxyl và amino acid gắn với carbon alpha là những nhóm tham gia phản ứng. Nhóm carboxyl của amino acid này phản ứng với nhóm amine của một amino acid khác, qua phản ứng trùng hợp tạo thành một liên kết peptide. Hình 3.5 cho chúng ta một mô tả đơn giản hóa của phản ứng này. (Trong cơ thể sống các phân tử khác phải hoạt hóa các amino acid này để phản ứng có thể xảy ra và có những bước trung gian trong quá trình này. Chúng ta sẽ xem xét các bước này ở chương 12). Cũng giống như một câu bắt đầu bằng một chữ cái và kết thúc bằng một dấu chấm, các chuỗi poplipeptide cũng có trật tự trước sau. "Chữ cái" hóa học đánh dấu phía đầu của một chuỗi polypeptide là nhóm amino của amino acid đầu tiên trong chuỗi và được gọi là đầu N. Dấu "chấm câu" để kết thúc chuỗi là nhóm carboxyl của amino acid cuối cùng, đầu C. Tất cả các nhóm amino và carboxyl khác trong chuỗi (ngoại trừ ở các chuỗi bên)
đều tham gia vào sự tạo thành liên kết peptide vì vậy chúng không tồn tại trong chuỗi ở dạng "tự do" như ban đầu. Các nhà Hóa Sinh học nói đến chiều "N->C," hay "amino-to- carboxyl" của các polypeptide.
Liên kết peptide có hai tính chất đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc bậc ba của protein:
>Không giống như nhiều liên kết hóa trị đơn trong đó các nhóm ở hai đầu liên kết có thể quay tự do trong không gian, liên kết peptide C-N tương đối cố định. Các nguyên tử cạnh nhau (hai carbon alpha của hai amino acid kề nhau) không quay được vì liên kết peptide có phần mang tính chất liên kết đôi. Đặc điểm này hạn chế sự gập của các chuỗi
polypeptide.
>O gắn với C (C-O) ở nhóm carboxyl mang một điện tích âm nhỏ (δ–) trái lại H gắn với Nitơ (N-H) hơi tích điện dương (δ+). Sự bất đối xứng về điện tích này ưu tiên các liên kết hydro bên trong chính phân tử protein và của protein với các phân tử khác, góp phần vào cấu trúc và chức năng của nhiều protein. Trước khi chúng ta tìm hiểu ý nghĩa của những liên kết hydro như vậy chúng ta cần xem xét tầm quan trọng của trình tự các amino acid.