Ketika berbicara tentang molekul yang membentuk makhluk hidup, kita biasanya mengacu pada protein, karbohidrat, dan lipid. Dari semuanya, protein adalah yang menyumbang persentase tertinggi dari berat kering sel (sekitar 50%). Sama seperti lipid dan karbohidrat yang disintesis dan didegradasi di dalam sel dengan fungsi yang beragam, protein adalah molekul yang bertanggung jawab untuk sintesis dan degradasi ketiga jenis molekul tersebut.
Protein terdiri dari molekul yang lebih kecil yang dirakit dalam terjemahan RNA, asam amino. Secara umum, molekul organik yang memiliki gugus amino (-NH2) dan gugus karboksil (-COOH) dikenal sebagai asam amino. Makhluk hidup menggunakan sejumlah besar asam amino untuk berbagai fungsi, selain dari sintesis protein. Faktanya, banyak fungsi yang dilakukan asam amino bebas pada makhluk hidup seperti ragi atau tumbuhan sama sekali tidak diketahui.
Kode genetik, tempat informasi untuk sintesis protein disimpan, hanya dapat diterjemahkan ke dalam 22 asam amino, meskipun 2 di antaranya sangat jarang, selenocysteine dan pyrrolysine. Asam amino yang menyusun protein disebut asam amino alfa.
Semua asam amino alfa terbentuk dari karbon pusat, dalam posisi alfa, di mana gugus amino terikat di satu sisi dan gugus karboksil di sisi lain, meninggalkan salah satu ikatan valensi bebasnya untuk bergabung dengan rantai samping, R, yang adalah apa yang akan memberikan masing-masing asam amino alfa fungsinya. 19 dari 20 asam amino hanya dibedakan oleh rantai samping, sedangkan prolin, selain rantai sampingnya, berbeda karena nitrogen dari gugus amino dan karbon alfa memperoleh konfigurasi cincin, itulah sebabnya disebut amina sekunder.
Gugus amino dan gugus karboksil keduanya reaktif dan dapat bertukar muatan dengan medium, sedemikian rupa sehingga dalam medium dengan pH rendah, asam, bentuk asam amino yang paling sering adalah bentuk kationik, bermuatan positif pada ujung amino. –NH3, sedangkan pada pH basa tinggi, bentuk yang paling umum adalah anionik, dengan ujung karboksil bermuatan negatif, COO-, karena kehilangan hidrogennya.
Reaktivitas ini sangat penting untuk pembentukan rantai asam amino. Ujung amino dapat membentuk ikatan tipe peptida (sangat stabil) dengan ujung karboksil dari asam amino lain, dengan cara ini muatan yang bervariasi tergantung pada pH distabilkan. Tergantung pada panjang rantai asam amino itu disebut peptida, jika memiliki antara 2 dan 10 asam amino. Jika rantai terdiri dari antara 11 dan 100 asam amino, biasanya disebut polipeptida, seperti insulin, yang memiliki 51 asam amino, dan jika rantai mengandung lebih dari 100 asam amino, atau memiliki struktur sekunder yang stabil, meskipun memiliki asam amino lebih sedikit, itu sudah disebut protein.Protein dapat terdiri dari beberapa rantai polipeptida dan kadang-kadang mengandung molekul lain, atau unsur, yang disebut kelompok prostetik.