단백질을 이루는 polypeptide는 직선형으로 존재하는 것이 아니라 규칙적으로 감기거나 꺾여서 특이한 형태의 입체구조를 형성하는데 이를 secondary structure라고 한다. 2차 조를 갖고 있는 protein의 대표적인 예는 ⍺-helix(나선)와 β-pleated sheet(병풍구소)이다.
⍺-helix(나선구조)는 원기둥 주변을 감쌌듯이 polypeptide를 축으로 해서 규칙적인 나선형으로 감긴 구조를 이룬다. 나선의 1회전 높이에는 3.6분자의 아미노산이 들어 있으며 나선형의 입체구조를 유지하는 원동력은 peptide bonds의 카르보닐기(c=o)와 아미노기(-NH)간의 수없이 많은 수소결합에 의한다.
β-병풍구조는 명주실의 단백질 성분인 피브로인(fibroin)의 구조에서 밝혀진 것으로 polypeptide가 규칙적으로 꺾여서 마치 병풍을 반쯤 벌려 놓은 것 같은 모양을 한다. 이들도 각 폴리펩티드간의 수소결합과 소수력에 의해 일정한 구조를 유지한다.
단백질의 2차 구조는 털, 뿔, 손톱, 피부 등을 이루는 ⍺-keratin(케라틴)이나 결체조직의 성분인 collagen(콜라겐), elastin(엘라스틴)과 같은 구조단백질(structure protein)의 기본구조이다. 구조단백질은 형태가 긴 실모양이라 섬유상 단백질(fibrous protein)이라고도 하며 물에 잘 녹지 않고 견고한 성질을 갖는다.