Proteinler hücrenin işlevlerini yerine getirir. Reaksiyonları katalize ederler, molekülleri taşırlar, yapı sağlarlar, sinyalleri iletirler ve enfeksiyonlara karşı savunma sağlarlar. Zincir halinde birbirine bağlı amino asitlerden oluşan büyük moleküllerdir. Amino asitlerin dizilimi zincirin nasıl katlanacağını belirler ve katlanmış şekil de işlevini belirler. İnsan genomunda yaklaşık 20.000 protein kodlayan gen vardır, ancak alternatif ekleme ve translasyon sonrası modifikasyonlar nedeniyle çok daha fazla protein bulunur.

Proteinlerin dört yapısal seviyesi vardır. Birincil yapı, amino asit dizisidir. İkincil yapı, alfa sarmalları ve beta tabakalarına yerel katlanmadır. Üçüncül yapı, tek bir polipeptidin genel üç boyutlu şeklidir. Dördüncül yapı ise birden fazla polipeptidin bir kompleks halinde düzenlenmesidir. Şekil, hidrojen bağları, disülfit köprüleri, hidrofobik etkileşimler ve iyonik bağlar tarafından stabilize edilir.

Proteinler, protein ekspresyonu, modifikasyonu ve etkileşiminin büyük ölçekli analizi olan proteomikte incelenir. İnsülin ve monoklonal antikorlar gibi terapötik kullanım için endüstriyel olarak üretilirler. Stabilite ve aktiviteyi artırmak için tasarlanırlar. İşlevlerini engelleyen veya artıran ilaçlar tarafından hedeflenirler.

Proteinlerin yanlış katlanması Alzheimer, Parkinson ve kistik fibroz gibi hastalıklara neden olur. Proteinlerin nasıl katlandığını ve işlev gördüğünü anlamak, biyolojinin en büyük zorluklarından biridir.