人体细胞里最复杂的、变化最大的一类分子就是蛋白质，它存在于一切活细胞中。1839年德国化学家Mulder G T给这类化合物起名叫做蛋白质（Protein），意思是“头等重要的”。所有的蛋白质都含C、N、O、H元素，大多数蛋白质还含S或P，或其他元素如Fe、Cu、Zn等。多数蛋白质的分子量范围在1.2万～100万之间。蛋白质是分子量很大的聚合物，水解时产生的单体叫氨基酸。氨基酸是构成蛋白质的基础。蛋白质的种类繁多，功能迥异，各种特殊功能是由蛋白质分子里氨基酸的顺序决定的。
1.蛋白质的化学组成
蛋白质主要由四种元素组成，它们分别是碳、氢、氧、氮这四种。蛋白质元素组成的最大特点是含有氮。有些蛋白质还含有硫、磷、铁等其他元素。上述这些元素按一定结构组成氨基酸。氨基酸是蛋白质的组成单位。自然界中的氨基酸有20多种，这20多种氨基酸以不同数目和不同顺序连接，构成种类繁多，千差万别的蛋白质，发挥它们各自不同的生理功能。蛋白质的分子大小可相差几千倍，但它们含氮的百分率相当恒定，各种蛋白质每100克中的氮含量都约是16克。这样，我们要测定某一种食物的蛋白质含量便可以首先测定其氮含量，再乘以6.25（100÷16=6.25）即可得出该食物的蛋白质含量。
2.蛋白质的组成—氨基酸
名称R基符号
缬氨酸CHCH2CH2
Val
亮氨酸
CHCH2CH2CH2
Leu
异亮氨酸
CH3CH2CHCH2
Ile
名称R基符号
脯氨酸
H2CH2CH2CNHPro
苯丙氨酸Phe
色氨酸Trp
甲硫氨酸（蛋氨酸）CH2SCH2CH2Met赖氨酸Lys
精氨酸Arg
组氨酸His
*代表必需氨基酸；精氨酸和组氨酸对儿童为必需氨基酸，但对成人却不是必需氨基酸。
最简单的肽由两个氨基酸组成，称为二肽。例如两个甘氨酸分子缩合成二肽，甘氨酰甘氨酸（符号为Gly－Gly）：肽键中的氨基酸由于参与肽键的形成，已经不是原来完整的分子，因此称为氨基酸残基。含有三个、四个、五个等氨基酸残基的肽分别称为三肽、四肽、五肽等。肽的命名是根据参与其组成的氨基酸残基来确定的，通常从肽键的NH2末端氨基酸残基开始，称为某氨基酰某氨基酰……某氨基酸。
具有下列化学结构的五肽命名为丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸，可用符号Ser－Gly－Tyr－Ala－Leu表示。
若由两种不同的氨基酸如甘氨酸和丙氨酸来进行缩合，则可能形成两种不同的二肽：多个氨基酸失水形成的肽称多肽，多肽一般是链状化合物。若4种氨基酸（例如甘氨酸Gly，丙氨酸Ala，丝氨酸Ser和胱氨酸Cy）排列组合，可能的连结方式则有24种：Gly—Ala—Ser—CyAla-Gly-Ser-CySer-Ala-Gly-CyCy-Ala-Gly-SerGly-Ala-Cy-SerAla-Gly-Cy-SerSer-Ala-Cy-GlyCy-Ala-Ser-GlyGly-Ser-Ala-CyAla-Ser-Gly-CySer-Gly-Ala-CyCy-Gly-Ala-SerGly-Ser-Cy-AlaAla-Ser-Cy-GlySer-Gly-Cy-AlaCy-Gly-Ser-AlaGly-Cy-Ser-AlaAla-Cy-Gly-SerSer-Cy-Ala-GlyCy-Ser-Ala-GlyGly-Cy-Ala-SerAla-Cy-Ser-GlySer-Cy-Gly-AlaCy-Ser-Gly-Ala17种不同的氨基酸组合的不同方式可达到3.56×1014种。但目前在自然界中已发现的蛋白质种类比起这个数目来还差得很远。同样，由一组氨基酸按不同顺序组成的蛋白质种类的理论数目和实际存在于细胞中的种类数也相差甚远。这个现象说明只有某些氨基酸并按某几种顺序组合而成的蛋白质才与生命或生理活性有关。
3.蛋白质的结构
蛋白质结构一共可以分为有四级结构：
一级结构：组成多肽链的线性氨基酸序列。
二级结构：依靠不同肽键的C=O和N-H基团形成的稳定结构。
三级结构：由一条多肽链的不同氨基酸侧链间的相互作用形成的稳定结构。
四级结构：由不同多肽链间相互作用形成具有多种功能的蛋白质分子。
氨基酸的顺序决定了蛋白质的功能，对它的生理活性也很重要，顺序中只要有一个氨基酸发生变化，整个蛋白质分子会被破坏。催产素（促进子宫肌肉收缩）、加压素（增加血压）、舒缓激肽（调节血压）和牛胰岛素的化学结构即一级结构。
蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。例如角蛋白中的多肽链，排列成卷曲形，称为α－螺旋。在这种结构里，氨基酸形成螺旋圈，肽键中与氮原子相联的氢，与附在沿链更远处的肽键中和碳原子相连的氧以氢键相结合。根据氨基酸的顺序，各种蛋白质都有其特异的二级结构，如下图所示。
图纤维状蛋白质（二级结构）
蛋白质的三级结构是指球状蛋白质的立体结构。一般讲，球蛋白是一个折叠得非常紧密的球形，如下图：4.蛋白质的分类
按照化学组成，蛋白质分子可以分成两大类：（1）简单蛋白质简单蛋白质只由氨基酸组成，不含任何其他物质，所以当简单蛋白质水解时，只生成氨基酸。例如，乳清蛋白、血清蛋白、免疫球蛋白、鱼精蛋白和谷类种子所含的米谷蛋白等。
（2）结合蛋白质结合蛋白质是由简单蛋白质与另一物质结合而成。这另一物质叫做结合蛋白质的辅基。例如，血红蛋白就是由珠蛋白（一种简单蛋白质）与辅基血红素结合而成的。细胞中所含的核蛋白是由一种简单蛋白质与辅基核酸结合而成的；唾液中所含的粘蛋白是由一种简单蛋白质与辅基粘多糖结合而成的。
此外，还可以按蛋白质的功能将其分为活性蛋白质（如酶、激素蛋白质、运输和贮存蛋白质、运动蛋白质、受体蛋白质、膜蛋白质等）和非活性蛋白质（如胶原、角蛋白等）两大类。表蛋白质按溶解度分类蛋白质分类举例溶解度
白蛋白血清蛋白溶于水和中性盐溶液，不溶于饱和硫酸铵溶液球蛋白免疫球蛋白、纤维蛋白原不溶于水，溶于稀中性盐溶液，不溶于半饱和和硫酸铵溶液谷蛋白麦谷蛋白不溶于水、中性盐及乙醇；溶于稀酸、稀碱醇溶谷蛋白醇溶谷蛋白、醇溶玉米蛋白不溶于水、中性盐溶液；溶于70%～80%乙醇中硬蛋白角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白不溶于水、稀中性盐、稀酸、稀碱和一般不机溶剂组蛋白胸腺组蛋白溶于水、稀酸、稀碱、不溶于稀氨水精蛋白鱼精蛋白溶于水、稀酸、稀碱、稀氨水表蛋白质按化学成分分类
蛋白质类别举例非蛋白成分（辅基）
单纯蛋白质血清蛋白、球蛋白无
核蛋白病毒核蛋白、染色体蛋白核酸
糖蛋白免疫球蛋白、粘蛋白、蛋白多糖糖类
脂蛋白乳糜微粒、低密度脂蛋白、极度密度脂蛋白、高密度脂蛋白各种脂类磷蛋白酪蛋白、卵黄磷酸蛋白磷酸
色蛋白血红蛋白、黄素蛋白色素
金属蛋白铁蛋白、铜蓝蛋白金属离子
5.蛋白质的性质
蛋白质是由多种不同的氨基酸互相结合而形成的高分子化合物。它的性质有：（1）有些蛋白质能溶于水，由于蛋白质分子直径相对很大，已达到了胶体微粒的大小，形成胶体溶液，因此蛋白质溶液具有胶体的某些性质。
（2）两性由于蛋白质分子中既有—NH2又有—COOH，因此蛋白质既能与酸反应又能与碱反应。
（3）盐析少量的盐如（NH4）2SO4，Na2SO4等能促进蛋白质的溶解，但蛋白质在这些盐的浓溶液中由于溶解度的降低而析出，这叫做盐析。如再加水，则析出的蛋白质仍能溶解，且不影响原来蛋白质的性质。因此盐析属物理变化，是个可逆过程。利用盐析可分离、提纯蛋白质。
（4）变性蛋白质在某种条件下发生结构和性质上的改变而凝结起来，这种凝结属化学变化是不可逆的，不能再使它们恢复成为原来的蛋白质，这种变化叫做变性。能使蛋白质变性的条件有加热，加酸、碱、重金属盐（如铜盐、铅盐、汞盐等）、甲醛，紫外线照射等。
（5）颜色反应分子中有苯环的蛋白质跟浓硝酸作用时呈黄色。天然蛋白质中都含有苯环，因此可用颜色反应来检验蛋白质。
（6）灼烧蛋白质中除了碳、氢、氧元素外，还含有氮、硫等元素，所以灼烧时具有烧焦羽毛的气味，也用于蛋白质的鉴别。
6.蛋白质的呈色反应
（1）茚三酮反应（Ninhydrin Reaction）
α－氨基酸与水化茚三酮（苯丙环三酮戊烃）作用时，产生蓝色反应，由于蛋白质是由许多α－氨基酸组成的，所以也呈此颜色反应。
（2）双缩脲反应（Biuret Reaction）
蛋白质在碱性溶液中与硫酸铜作用呈现紫红色，称双缩脲反应。凡分子中含有两个以上－CO－NH－键的化合物都呈此反应，蛋白质分子中氨基酸以肽键相连，因此，所有蛋白质都能与双缩脲试剂发生反应。
（3）米伦反应（Millon Reaction）
蛋白质溶液中加入米伦试剂（亚硝酸汞、硝酸汞及硝酸的混合液），蛋白质首先沉淀，加热则变为红色沉淀，此为酪氨酸的酚核所特有的反应，因此含有酪氨酸的蛋白质均呈米伦反应。
此外，蛋白质溶液还可与酚试剂、乙醛酸试剂、浓硝酸等发生颜色反应。
7.蛋白质的变性与凝结
蛋白质分子的表面上因为含有大量不同的极性基团，所以它们容易吸引水分子，使溶液中的蛋白质成为高度水化的分子。直接吸附在蛋白质分子表面的水分子结合得最牢固，称为结合水，其数量约为蛋白质的20%～50%，吸附在外层的水分子数量更多，但结合较松散。蛋白质的水化使它在溶液中有很高的稳定性，是典型的亲水胶体。
另一方面，蛋白质在多种条件下会发生胶凝作用，形成体积相当大的内部有很多空腔并包容着大量液体的软胶状物体。常见的例子如鸡蛋（整个或打开）受热时整体凝固，少量的蛋白质将大量的水分子包围在一起凝固，不能再流动。
蛋白质的凝固通常发生在变性作用之后。蛋白质在多种情况下会发生变性，加热和多种物理、化学或机械处理都可能使蛋白质发生变性，使蛋白质的分子结构变成松散的无定形结构，分子中的活性基团更多暴露，化学活性增强，较易发生各种化学反应和凝结作用。
蛋白质的凝结由于是在变性以后发生的，所有蛋白质在很多情况下会发生变性作用。热变性是最常见的，一般在60℃以上就相当快。强烈的机械搅拌、震荡、鼓泡，以及超声波、紫外线或放射性照射等，都会使蛋白质变性。较强的酸或碱，重金属如铅、铜的化合物亦使蛋白质变性；某些有机物如甲醛、乙醇、丙酮、三氯乙酸、尿素、洗涤剂、季铵盐等也有此作用。