Οι πρωτεΐνες κάνουν τη δουλειά του κυττάρου. Καταλύουν αντιδράσεις, μεταφέρουν μόρια, παρέχουν δομή, μεταδίδουν σήματα και αμύνονται έναντι μολύνσεων. Είναι μεγάλα μόρια που αποτελούνται από αμινοξέα συνδεδεμένα σε μια αλυσίδα. Η αλληλουχία των αμινοξέων καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο διπλώνεται η αλυσίδα και το διπλωμένο σχήμα καθορίζει τη λειτουργία. Υπάρχουν περίπου 20.000 γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες στο ανθρώπινο γονιδίωμα, αλλά πολύ περισσότερες πρωτεΐνες, λόγω εναλλακτικής συρραφής και μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων.

Οι πρωτεΐνες έχουν τέσσερα επίπεδα δομής. Η πρωτοταγής δομή είναι η αλληλουχία αμινοξέων. Η δευτεροταγής δομή είναι η τοπική αναδίπλωση σε άλφα έλικες και βήτα φύλλα. Η τριτοταγής δομή είναι το συνολικό τρισδιάστατο σχήμα ενός μεμονωμένου πολυπεπτιδίου. Η τεταρτοταγής δομή είναι η διάταξη πολλαπλών πολυπεπτιδίων σε ένα σύμπλοκο. Το σχήμα σταθεροποιείται με δεσμούς υδρογόνου, δισουλφιδικές γέφυρες, υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις και ιοντικούς δεσμούς.

Οι πρωτεΐνες μελετώνται στην πρωτεωμική, την ανάλυση μεγάλης κλίμακας της έκφρασης, της τροποποίησης και της αλληλεπίδρασης πρωτεϊνών. Παράγονται βιομηχανικά για θεραπευτική χρήση, όπως η ινσουλίνη και τα μονοκλωνικά αντισώματα. Κατασκευάζονται για βελτιωμένη σταθερότητα και δραστικότητα. Στοχεύονται από φάρμακα που μπλοκάρουν ή ενισχύουν τη λειτουργία τους.

Η λανθασμένη αναδίπλωση των πρωτεϊνών προκαλεί ασθένειες όπως η νόσος Αλτσχάιμερ, η νόσος Πάρκινσον και η κυστική ίνωση. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι πρωτεΐνες αναδιπλώνονται και λειτουργούν είναι μια από τις μεγάλες προκλήσεις της βιολογίας.