Proteine ​​sind die wichtigsten Funktionen der Zelle. Sie katalysieren Reaktionen, transportieren Moleküle, geben Struktur, übertragen Signale und schützen vor Infektionen. Es handelt sich um große Moleküle, die aus kettenförmig verknüpften Aminosäuren bestehen. Die Aminosäuresequenz bestimmt die Faltung der Kette, und die gefaltete Form wiederum die Funktion. Das menschliche Genom enthält etwa 20.000 proteinkodierende Gene, doch aufgrund alternativen Spleißens und posttranslationaler Modifikationen existieren weitaus mehr Proteine.

Proteine ​​besitzen vier Strukturebenen. Die Primärstruktur entspricht der Aminosäuresequenz. Die Sekundärstruktur beschreibt die lokale Faltung in Alpha-Helices und Beta-Faltblätter. Die Tertiärstruktur ist die dreidimensionale Gesamtform eines einzelnen Polypeptids. Die Quartärstruktur beschreibt die Anordnung mehrerer Polypeptide zu einem Komplex. Die Form wird durch Wasserstoffbrückenbindungen, Disulfidbrücken, hydrophobe Wechselwirkungen und Ionenbindungen stabilisiert.

Proteine ​​werden in der Proteomik untersucht, der umfassenden Analyse von Proteinexpression, -modifikation und -interaktion. Sie werden industriell für therapeutische Zwecke hergestellt, beispielsweise Insulin und monoklonale Antikörper. Sie werden gentechnisch so verändert, dass ihre Stabilität und Aktivität verbessert werden. Medikamente, die ihre Funktion blockieren oder verstärken, sind Zielstrukturen für Proteine.

Fehlfaltungen von Proteinen verursachen Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson und Mukoviszidose. Zu verstehen, wie Proteine ​​sich falten und funktionieren, ist eine der größten Herausforderungen der Biologie.