โปรตีนเป็นสารที่พบมากที่สุดในสิ่งมีชีวิต มีธาตุที่เป็นองค์ประกอบหลักได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน โปรตีนเกิดจากกรดอะมิโนมารวมกัน โดยมีทั้งกรดอะมิโนจำเป็น และกรดอะมิโนไม่จำเป็น เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเพปไทด์ (peptide bond) ซึ่งสามารถแบ่งโครงสร้างของโปรตีนได้เป็น โครงสร้างปฐมภูมิ โครงสร้างทุติยภูมิ โครงสร้างตติยภูมิ และโครงสร้างจตุรภูมิ

โปรตีนโมเลกุลใหญ่ เกิดจากกรดอะมิโนหลายโมเลกุลมารวมกันด้วยพันธะเพปไทด์ โดยกระบวนการพอลิเมอไรเซชัน (polymerization) แบบควบแน่น ซึ่งพันธะเพปไทด์เป็นพันธะที่เกิดขึ้นระหว่าง อะตอมคาร์บอนในหมู่คาร์บอกซิลของกรดอะมิโนในโมเลกุลหนึ่ง กับอะตอมไนโตรเจนในหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนอีกโมเลกุลหนึ่ง

กรดอะมิโนประกอบด้วยหมู่อะมิโน และหมู่คาร์บอกซิลอย่างน้อยอย่างละ 1 หมู่ ต่อกับคาร์บอน โดยมีกลุ่ม R เป็นโซ่ข้าง แตกต่างกันตามชนิดของกรดอะมิโน ทำให้กรดอะมิโนมีสมบัติแตกต่างกัน กรดอะมิโนที่พบในสิ่งมีชีวิตมีประมาณ 20 ชนิด แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ 

1. กรดอะมิโนไม่จำเป็น หมายถึง กรดอะมิโนที่ร่างกายสามารถสร้างเองได้ ไม่จำเป็นต้องได้จากการรับประทานอาหารเข้าไป

2. กรดอะมิโนจำเป็น หมายถึง กรดอะมิโนที่ร่างกายต้องการ แต่ไม่สามารถสร้างเองได้ ต้องอาศัยการรับประทานเข้าไป

การทดสอบโปรตีน ใช้สารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต (CuSO4) ในโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เรียกว่า การทดสอบด้วยปฏิกิริยาไบยูเร็ต (Biuret reaction) ผลการทดสอบจะให้สารสีน้ำเงินม่วง ซึ่งเป็นสีของสารประกอบเชิงซ้อนระหว่างคอปเปอร์ (II) ไอออนกับไนโตรเจนในสารที่มีพันธะเพปไทด์ตั้งแต่ 2 พันธะขึ้นไป

โครงสร้างของโปรตีนมี 4 ระดับ ดังนี้

- โครงสร้างปฐมภูมิ เป็นโครงสร้างที่แสดงลำดับกรดอะมิโนในสายเพปไทด์ หรือในโมเลกุลโปรตีน ซึ่งมีจำนวนและลำดับของกรดอะมิโนที่จำเพาะ จำนวนโครงสร้างปฐมภูมิของพอลิเพปไทด์มีค่าเท่ากับ n! เมื่อ n คือ จำนวนกรดอะมิโนที่เป็นองค์ประกอบ

- โครงสร้างทุติยภูมิ เป็นโครงสร้างที่เกิดจากการขด หรือม้วนตัวของโครงสร้างปฐมภูมิ ซึ่งอาจเกิดเป็นโครงสร้างแบบเกลียวแอลฟา (Alpha helix) หรือโครงสร้างแบบแผ่นพลีทบีตา (Beta-pleated sheet)

- โครงสร้างตติยภูมิ เกิดจากโครงสร้างเกลียวแอลฟา และบริเวณที่ไม่ใช่เกลียวแอลฟาม้วนเข้าหากัน และไขว้กัน โดยมีแรงยึดเหนี่ยวอ่อน ๆ

- โครงสร้างจตุรภูมิ เกิดจากการรวมตัวของหน่วยย่อยชนิดเดียวกัน หรือต่างชนิดกัน ของโครงสร้างตติยภูมิ การรวมตัวกันอาจเป็นลักษณะก้อนกลม หรือเป็นมัดคล้ายเส้นใย

ชนิดของโปรตีน แบ่งตามลักษณะการจัดเรียงตัวในโครงสร้าง 3 มิติได้แก่

โปรตีนก้อนกลม เกิดจากสายพอลิเพปไทด์รวมตัวม้วนพับกัน และอัดแน่นเป็นก้อนกลม ละลายน้ำได้ดี ส่วนใหญ่ทำหน้าที่เกี่ยวกับกระบวนการเมแทบอลิซึมที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ ได้แก่ ฮีโมโกลบิน เอนไซม์ ฮอร์โมนต่างๆ

โปรตีนเส้นใย เกิดจากสายพอลิเพปไทด์พันกัน ในลักษณะเหมือนเส้นใยสายยาว ละลายน้ำได้น้อย ส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็นโปรตีนโครงสร้าง เช่น คอลลาเจน เคราตินในผม ขน เล็บ กีบเท้าสัตว์ เป็นต้น

หน้าที่ของโปรตีนแบ่งออกเป็น 6 ประเภท ได้แก่

1. โปรตีนเร่งปฏิกิริยา หรือ เอนไซม์ (enzyme) ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาในสิ่งมีชีวิต​
2. โปรตีนโครงสร้างต่างๆ ของร่างกาย ทำหน้าที่ให้ความแข็งแรง และช่วยคงรูปร่างโครงสร้าง
3. โปรตีนขนส่ง ทำหน้าที่ขนส่งสารในร่างกาย
4. โปรตีนสะสม ทำหน้าที่สะสมธาตุต่าง ๆ
5. โปรตีนป้องกัน ทำหน้าที่ป้องกัน และกำจัดสิ่งแปลกปลอมที่เข้ามาภายในเซลล์
6. โปรตีนฮอร์โมน ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของร่างกาย ตามชนิดของฮอร์โมน

เรียบเรียงโดย : ปิตุพร พิมพาเพชร