تؤدي البروتينات وظائف الخلية الأساسية. فهي تحفز التفاعلات، وتنقل الجزيئات، وتوفر البنية، وتنقل الإشارات، وتدافع ضد العدوى. وهي جزيئات كبيرة تتكون من أحماض أمينية مرتبطة في سلسلة. ويحدد تسلسل الأحماض الأمينية كيفية طي السلسلة، ويحدد الشكل المطوي الوظيفة. يوجد حوالي 20,000 جين مُشفِّر للبروتينات في الجينوم البشري، ولكن عدد البروتينات أكبر بكثير، وذلك بسبب التضفير البديل والتعديلات اللاحقة للترجمة.

تتكون البروتينات من أربعة مستويات من البنية. البنية الأولية هي تسلسل الأحماض الأمينية. أما البنية الثانوية فهي عبارة عن طي موضعي لتكوين حلزونات ألفا وصفائح بيتا. والبنية الثالثية هي الشكل ثلاثي الأبعاد العام لسلسلة ببتيدية واحدة. أما البنية الرباعية فهي ترتيب عدة سلاسل ببتيدية في مركب. ويتم تثبيت هذا الشكل بواسطة روابط هيدروجينية، وجسور ثنائية الكبريتيد، وتفاعلات كارهة للماء، وروابط أيونية.

تُدرس البروتينات في علم البروتينات، وهو تحليل واسع النطاق لتعبير البروتينات وتعديلها وتفاعلها. تُنتج البروتينات صناعيًا للاستخدام العلاجي، مثل الأنسولين والأجسام المضادة وحيدة النسيلة. تُهندس البروتينات لتحسين استقرارها وفعاليتها. وتستهدفها الأدوية التي تثبط وظيفتها أو تعززها.

يُسبب سوء طي البروتينات أمراضًا مثل الزهايمر وباركنسون والتليف الكيسي. ويُعدّ فهم كيفية طي البروتينات ووظائفها أحد أكبر تحديات علم الأحياء.