Les protéines possèdent une structure complexe qui est décrite en quatre niveaux : la structure primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire. La structure primaire est la séquence linéaire des acides aminés dans une protéine. Les structures secondaires sont des motifs réguliers comme les hélices alpha et les feuillets bêta formés par des liaisons hydrogène entre les acides aminés. La structure tertiaire est la conformation tridimensionnelle d'une protéine, définie par des interactions hydrophobes, ioniques, et des ponts disulfures. Enfin, la structure quaternaire est l'arrangement de plusieurs chaînes polypeptidiques dans une protéine multi-subunité.

Les protéines ont une variété de fonctions dans les organismes vivants. Elles jouent un rôle clé dans la catalyse enzymatique, le transport de molécules (comme l'hémoglobine pour l'oxygène), la participation à la fonction immunitaire (anticorps), le soutien structurel (collagène, kératine), la signalisation cellulaire (récepteurs), et le mouvement (actine et myosine dans les muscles).

Les protéines peuvent être classées en plusieurs catégories selon leur fonction et leur structure. Les protéines globulaires, comme les enzymes et les anticorps, sont généralement solubles et jouent des rôles dynamiques dans les processus cellulaires. Les protéines fibreuses, comme le collagène, sont insolubles et fournissent une structure et un soutien. Enfin, les protéines membranaires peuvent agir comme des récepteurs ou des canaux assurant le transport de molécules à travers les membranes cellulaires.

La synthèse des protéines commence par la transcription de l'ADN en ARN messager (ARNm) dans le noyau. Cet ARNm est ensuite traduit en une chaîne polypeptidique dans le cytoplasme à l'aide des ribosomes, un processus appelé traduction. Les ribosomes lisent la séquence de l'ARNm en triplet (codons) et assemblent une chaîne d'acides aminés correspondante. Les acides aminés sont amenés aux ribosomes par l'ARN de transfert (ARNt).