Protein je zelo zapletena snov, ki je prisotna v vseh živih organizmih. Proteini so zelo hranljive vrednosti in so neposredno vključene v kemične procese, ki so bistveni za življenje. Pomembnost beljakovin ali proteinov so v začetku 19. stoletja priznali kemiki, med njimi tudi švedski kemik Jöns Jacob Berzelius, ki je leta 1838 izgovarjal izraz beljakovine, besedo, ki izhaja iz grških proteinov, kar pomeni, da imajo “prvo mesto”. To je, da se proteini ene vrste razlikujejo od beljakovin druge vrste. So tudi organsko specifične; Na primer v enem samem organizmu se mišični proteini razlikujejo od možganskih in jeternih.
Molekula proteinov oziroma beljakovin je zelo velika v primerjavi z molekulami sladkorja ali soli in je sestavljena iz številnih aminokislin, združenih skupaj, ki oblikujejjo dolge verige, tako kot so kroglice razporejene na vrvici. Obstaja približno 20 različnih aminokislin, ki se pojavljajo naravno v beljakovinah. Beljakovine s podobno funkcijo imajo podobno aminokislinsko sestavo in zaporedje. Čeprav še ni mogoče razložiti vseh funkcij beljakovin iz svoje aminokislinske sekvence, lahko ugotovljene korelacije med strukturo in funkcijo pripisujemo lastnostim aminokislin, ki sestavljajo proteine. Rastline lahko sintetizirajo vse aminokisline. Živali jih ne morejo, čeprav so vse aminokisline bistvene za življenje. Rastline lahko rastejo v mediju, ki vsebuje anorganske hranilne snovi, ki zagotavljajo dušik, kalij in druge snovi, bistvene za rast. V procesu fotosinteze uporabljajo ogljikov dioksid v zraku, da tvorijo organske spojine, kot so ogljikovi hidrati. Živali pa morajo pridobiti organska hranila iz zunanjih virov. Ker je vsebnost proteinov v večini rastlin nizka, živali zahtevajo zelo velike količine rastlinskega materiala, kot so prežvekovalci (npr. Krave), ki jedo samo rastlinski material, da izpolnjujejo zahteve po aminokislinah. Nekovinske živali, vključno z ljudmi, pridobivajo beljakovine predvsem od živali in njihovih proizvodov – npr. Meso, mleko in jajca. Seme stročnic se vse pogosteje uporablja za pripravo poceni bogate hrane s proteini. Vsebnost beljakovin v živalskih organih je običajno veliko višja kot pri krvni plazmi. Mišice na primer vsebujejo približno 30 odstotkov beljakovin, jetra 20 do 30 odstotkov in rdeče krvne celice 30 odstotkov. Višje odstotke beljakovin najdemo v laseh, kosteh in drugih organih in tkivih z nizko vsebnostjo vode. Količina prostih aminokislin in peptidov pri živalih je veliko manjša od količine beljakovin; Beljakovinske molekule se proizvajajo v celicah s stopenjsko poravnavo aminokislin in se sproščajo v telesne tekočine šele po končani sintezi.
Visoka vsebnost beljakovin v nekaterih organih ne pomeni, da je pomen beljakovin povezan z njihovo količino v organizmu ali tkivu. Nasprotno, nekateri najpomembnejši proteini, kot so encimi in hormoni, se pojavljajo v zelo majhnih količinah.
Pomen beljakovin je povezan predvsem z njihovo funkcijo. Vsi doslej določeni encimi so proteini. Encimi, ki so katalizatorji vseh metabolnih reakcij, omogočajo, da organizem gradi kemične snovi, ki so potrebne za življenjske beljakovine, nukleinske kisline, ogljikove hidrate in lipide, da jih pretvorijo v druge snovi in jih razgradijo. Življenje brez encimov ni mogoče. Obstaja več proteinskih hormonov s pomembnimi regulatornimi funkcijami. V vseh vretenčarjih dihalni protein hemoglobin deluje kot nosilec kisika v krvi, ki prenaša kisik iz pljuč v organe in tkiva. Velika skupina strukturnih proteinov ohranja in ščiti strukturo živalskega telesa. Zbirka beljakovin v celici določa njeno zdravje in funkcijo. Beljakovine so odgovorne za skoraj vsako nalogo celičnega življenja, vključno s celično obliko in notranjo organizacijo, proizvodnjo izdelkov in čiščenjem odpadkov ter rutinsko vzdrževanje. Proteini prejemajo tudi signale zunaj celice in mobilizirajo intracelularni odziv. To so makromolekule delovne sile celice in so tako raznolike kot funkcije, ki jih uporabljajo.
Proteini so lahko veliki ali majhni, večinoma hidrofilni ali večinoma hidrofobni, obstajajo sami ali kot del večdelne strukture in pogosto spreminjajo obliko ali ostajajo skoraj nepremični. Vse te razlike izhajajo iz edinstvenih aminokislinskih sekvenc, ki sestavljajo proteine. Popolnoma zloženi proteini imajo tudi različne značilnosti površine, ki določajo, katere druge molekule so v stiku z njimi. Ko se proteini vežejo z drugimi molekulami, se njihova konformacija lahko spremeni na subtilne ali dramatične načine.
Ni presenetljivo, da so proteinske funkcije tako raznolike kot proteinske strukture. Strukturni proteini na primer vzdržujejo obliko celic, podobno okostju, in sestavljajo strukturne elemente v veznih tkivih, kot so hrustanec in kost pri vretenčarjih. Encimi so še ena vrsta proteinov in te molekule katalizirajo biokemične reakcije, ki se pojavljajo v celicah. Toda druge beljakovine delujejo kot opazovalci, spreminjajo svojo obliko in aktivnost kot odgovor na metabolične signale ali sporočila zunaj celice. Celice tudi izločajo različne beljakovine, ki postanejo del zunajcelične matrice ali so vključene v medcelično komunikacijo. Beljakovine se včasih spremenijo, ko so prevedene in zložljive. V takšnih primerih tako imenovani transferazni encimi dodajo majhne modifikacijske skupine, kot so fosfati ali karboksilne skupine, proteinu. Te spremembe pogosto premikajo konformacijo beljakovin in delujejo kot molekularna stikala, ki vklopijo ali izklapljajo aktivnost proteina. Mnoge post-translacijske modifikacije so reverzibilne, čeprav različni encimi katalizirajo reverzne reakcije. Na primer, encimi, imenovani kinaze, dodajajo fosfatne skupine beljakovinam, vendar so za odstranitev teh fosfatnih skupin potrebni encimi, imenovani fosfataz.
