Proteine sind biologische Makromoleküle. Sie setzen sich aus 20 sogenannten proteinogenen Aminosäuren zusammen. Der Mensch muss Proteine mit der Nahrung aufnehmen, da acht Aminosäuren essentiell sind, also nicht durch den Körper hergestellt werden können.
Die Anzahl verschiedener Proteine in einer Zelle hängt stark von der Art der Zelle ab und von welchem Organismus sie stammt. In einer Hefezelle gibt es etwa 5900 verschiedene Proteine.
Die Aminosäuren sind aufgrund ihrer Eigenschaften in verschiedene Gruppen eingeteilt. Das sind saure, basische, hydrophile und hydrophobe Aminosäuren. Diese bestimmen die Eigenschaften des Proteins.
Die Bildung der Proteine ist die Proteinbiosynthese. Dabei wird bei der Translation der Code auf der DNA in Aminosäuren übersetzt. Die einzelnen Aminosäuren werden dann durch Ribosomen (Protein-RNA-Komplex) über Peptidbindungen verknüpft. So entstehen Ketten von mehreren Hundert oder Tausend Aminosäuren. Das längste menschliche Protein ist das Titin mit 27.000 Aminosäuren in einer Kette. Es kommt in Muskelzellen vor und dient der Elastizität und Stabilität der Muskeln.
Die Struktur von Proteinen ist durch eine Hierarchie gekennzeichnet. Die erste Stufe ist die Primärstruktur, sie bezeichnet die Abfolge der Aminosäuren, die über Peptidbindungen verknüpft sind.
Die Sekundärstruktur beschreibt Strukturelemente, die aufgrund von Wechselwirkungen der Aminosäuren auftreten. Zu diesen Strukturen zählen die α-Helix und die ß-Faltblattstruktur, die durch Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert sind. Die nächste Stufe ist die Tertiärstruktur. Diese stellt die räumliche Struktur des Proteins dar und bringt die einzelnen Sekundärstruktur zu übergeordneten „folds“ zusammen. In dieser Struktur ist das Protein biologisch aktiv. Die Quartärstruktur beschreibt das Zusammenlagern von zwei oder mehreren Polypeptidkette in Tertiärstruktur zu einer übergeordneten Struktur, um eine funktionale Einheit zu bilden.
Die Funktion der Proteine wird durch ihre Struktur festgelegt. Proteine sind die Grundbausteine der Zelle und übernehmen dabei sehr viele verschiedene Funktionen. Aufgrund ihrer Struktur sind sie sehr spezifisch. Dazu zählen Stabilität, Elastizität, die Katalyse von Reaktionen durch Enzyme, sie wirken als Botenstoff oder Hormon für die Kommunikation in der Zelle oder zwischen verschiedenen Zellen. Sie dienen dem Schutz der Zelle als Toxin oder Antikörper und sind wichtige Transporter für andere kleine Moleküle.