Las proteínas realizan las funciones de la célula. Catalizan reacciones, transportan moléculas, proporcionan estructura, transmiten señales y protegen contra las infecciones. Son macromoléculas formadas por aminoácidos unidos en una cadena. La secuencia de aminoácidos determina cómo se pliega la cadena, y esta forma plegada determina su función. El genoma humano contiene aproximadamente 20 000 genes que codifican proteínas, pero muchas más proteínas, debido al procesamiento alternativo del ARN y a las modificaciones postraduccionales.

Las proteínas poseen cuatro niveles de estructura. La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos. La estructura secundaria consiste en el plegamiento local en hélices alfa y láminas beta. La estructura terciaria es la forma tridimensional general de un polipéptido. La estructura cuaternaria es la disposición de múltiples polipéptidos en un complejo. Esta forma se estabiliza mediante enlaces de hidrógeno, puentes disulfuro, interacciones hidrofóbicas y enlaces iónicos.

Las proteínas se estudian en proteómica, el análisis a gran escala de la expresión, modificación e interacción de las proteínas. Se producen industrialmente para uso terapéutico, como la insulina y los anticuerpos monoclonales. Se modifican genéticamente para mejorar su estabilidad y actividad. Son el objetivo de fármacos que bloquean o potencian su función.

El plegamiento incorrecto de las proteínas causa enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson y la fibrosis quística. Comprender cómo se pliegan y funcionan las proteínas es uno de los grandes retos de la biología.