Proteiner udfører cellens arbejde. De katalyserer reaktioner, transporterer molekyler, giver struktur, transmitterer signaler og forsvarer mod infektion. De er store molekyler lavet af aminosyrer, der er forbundet i en kæde. Aminosyrernes rækkefølge bestemmer, hvordan kæden foldes, og den foldede form bestemmer funktionen. Der er omkring 20.000 proteinkodende gener i det menneskelige genom, men mange flere proteiner på grund af alternativ splejsning og posttranslationelle modifikationer.

Proteiner har fire strukturniveauer. Den primære struktur er aminosyresekvensen. Den sekundære struktur er lokal foldning i alfa-helixer og beta-sheets. Den tertiære struktur er den overordnede tredimensionelle form af et enkelt polypeptid. Den kvaternære struktur er arrangementet af flere polypeptider i et kompleks. Formen stabiliseres af hydrogenbindinger, disulfidbroer, hydrofobe interaktioner og ionbindinger.

Proteiner studeres inden for proteomik, den storstilede analyse af proteinekspression, modifikation og interaktion. De produceres industrielt til terapeutisk brug, ligesom insulin og monoklonale antistoffer. De er konstrueret til forbedret stabilitet og aktivitet. De er målrettet af lægemidler, der blokerer eller forstærker deres funktion.

Proteinfejlfoldning forårsager sygdomme som Alzheimers, Parkinsons og cystisk fibrose. At forstå, hvordan proteiner folder og fungerer, er en af ​​biologiens store udfordringer.