Proteiinit ovat biologisia polymeerejä, jotka on rakennettu aminohapoista, jotka on liitetty toisiinsa peptidien muodostamiseksi. Nämä peptidiyksiköt voivat sitoutua muiden peptidien kanssa monimutkaisempien rakenteiden muodostamiseksi. Monen tyyppiset kemialliset sidokset pitävät proteiineja yhdessä ja sitovat niitä muihin molekyyleihin. Katso tarkemmin kemialliset sidokset vastuussa proteiinien rakenteesta.
Proteiinin primaarirakenne koostuu aminohappoja ketjutettu toisiinsa. Aminohapot yhdistetään peptidisidoksilla. Peptidisidos on tyyppinen kovalenttinen sidos yhden aminohapon karboksyyliryhmän ja toisen aminohapon aminoryhmän välillä. Itse aminohapot on valmistettu kovalenttisilla sidoksilla toisiinsa yhdistetyistä atomeista.
Toissijainen rakenne kuvaa aminohappoketjun (esim. Beeta-laskostettu levy, alfa-kierre) kolmiulotteista taivuttamista tai kelaamista. Tätä kolmiulotteista muotoa pitää paikallaan vety sidokset. Vedoside on dipoli-dipoli-vuorovaikutus vetyatomin ja elektronegatiivisen atomin, kuten typen tai hapen, välillä. Yksi polypeptidiketju voi sisältää useita alfa-helix- ja beeta-laskostettuja levyalueita.
Jokainen alfa-heliksi stabiloidaan vety-sidoksella amiini- ja karbonyyliryhmien välillä samassa polypeptidiketjussa. Beeta-laskostettu levy stabiloidaan vedyn sidoksilla yhden polypeptidiketjun amiiniryhmien ja toisen viereisen ketjun karbonyyliryhmien välillä.
Vaikka sekundaarirakenne kuvaa aminohappoketjujen muotoa avaruudessa, tertiäärinen rakenne on koko molekyylin olettama kokonaismuoto, joka voi sisältää alueita sekä levyillä että kelat. Jos proteiini koostuu yhdestä polypeptidiketjusta, tertiäärinen rakenne on rakenteen korkein taso. Vedosidonnaisuus vaikuttaa proteiinin tertiääriseen rakenteeseen. Kunkin aminohapon R-ryhmä voi myös olla joko hydrofobinen tai hydrofiilinen.
Jotkut proteiinit on valmistettu alayksiköistä, joissa proteiini molekyylit sitoutuvat toisiinsa muodostaen suuremman yksikön. Esimerkki tällaisesta proteiinista on hemoglobiini. Kvaternäärinen rakenne kuvaa kuinka alayksiköt sopivat yhteen muodostamaan suuremman molekyylin.