蛋白质一级结构是理解蛋白质完整结构、作用机制以及生理功能的必要基础。自1953年英国化学家 Frederick Sanger 首次测定出胰岛素的氨基酸序列后，数以千万计的不同种类的蛋白质的一级结构不断被揭晓，对研究各种蛋白质的生物合成、生理功能奠定了基础。F. Sanger 因建立了测定蛋白质和核酸的序列测定技术做出重大贡献，分别于1958年、1980年两度获得诺贝尔化学奖。

蛋白质一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序，即从N端至C端的氨基酸排列顺序。维持蛋白质一级结构的作用力主要的化学键是肽键，其次，蛋白质分子中所有二硫键也是维持一级结构的作用力。

牛胰岛素是第一个被测定一级结构的蛋白质分子，它有A和B二条多肽链，如下图所示，A链有21个氨基酸残基, B链有30个氨基酸残基。如果把氨基酸序列标上数码，以氨基末端为1号，依次向羧基末端排列。牛胰岛素分子中有3个二硫键，1个位于A链内，称为链内二硫键，由A链的第6位和第11位半胱氨酸的巯基脱氢而成；另两个二硫键位于A、B两链间，称为链间二硫键。

20世纪60年代，在研究牛核糖核酸酶时已发现，蛋白质的功能与其三级结构密切相关，而特定三级结构是以氨基酸顺序为基础的，即以一级结构为基础。

牛核糖核酸酶由124个氨基酸残基组成，有4对二硫键，如下图所示。

当用尿素（或盐酸胍）和β-巯基乙醇处理牛核糖核酸酶溶液，分别破坏了次级键和二硫键，使其二、三级结构遭到破坏，但肽键（一级结构）不受影响，此时，核糖核酸酶呈非折叠的、松散状态，没有活性，如下图，分子中的4对二硫键被β-巯基乙醇还原成-SH后，若要再形成4对二硫键，从理论上推算，有105种不同配对方式，唯有与天然核糖核酸酶完全相同的配对方式才能呈现酶活性。实验发现，当用透析方法去除尿素和β-巯基乙醇后，松散的多肽链按照其特定的氨基酸序列卷曲折叠成天然酶的空间构象，4对二硫键也正确配对，这时酶活性又逐渐恢复至原来水平。这充分证明空间构象遭破坏的核糖核酸酶，只要其一级结构未被破坏，就可能恢复到原来的三级结构，催化活性依然存在。这是蛋白质的一级结构决定空间构象的一个例证。