البروتينات الهيكلية هي فئة من البروتينات المسؤولة عن وظائف تتراوح من شكل الخلية وحركتها إلى توفير الدعم للبنى الرئيسية مثل العظام والغضاريف والشعر والعضلات. وتشمل هذه المجموعة البروتينات مثل الكولاجين والأكتين والميوسين و الكيراتين.

يتواجد الكولاجين ، وهو البروتين الأكثر وفرة في الثدييات، في جميع أنحاء الجسم. في النسيج الضام، مثل الجلد والأربطة والأوتار، يوفر قوة شد ومرونة.  ؛ في العظام والأسنان، تتمعدن لتكوين أنسجة صلبة وتساهم في قدرتها على التحمل. بالإضافة إلى الدعم الهيكلي، يمكن أن يتفاعل الكولاجين أيضاً مع مستقبلات سطح الخلية والجزيئات الوسيطة الأخرى لتنظيم العمليات الخلوية ، مثل النمو والهجرة، والتي تنطوي على تغييرات في شكل الخلية والأنسجة.

تشكل البروتينات الهيكلية الإطار الأساسي للهيكل الخلوي للخلية.  ؛ يتكون الهيكل الخلوي من ثلاثة أنواع من الخيوط، والخيوط الدقيقة، والخيوط الوسيطة، والأنابيب الدقيقة، ويتكون كل منها من بروتينات هيكلية مختلفة. يتكون الميكروفيلمنت عندما يتبلمر الأكتين ذاتياً في بنى متكررة طويلة. تساهم خيوط الأكتين هذه في شكل الخلية وتنظيمها؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تساهم الألياف الدقيقة أيضاً في حركة الخلايا وانقسامها، عندما تعمل جنباً إلى جنب مع الميوسين. يختلف تكوين الخيوط الوسيطة حسب نوع الخلية. يوجد حوالي 70 جيناً مختلفاً يرمز إلى خيوط وسيطة مختلفة. تحتوي الخيوط الوسيطة في الخلايا الظهارية على الكيراتين، وتحتوي الخلايا العصبية الطرفية على محيط، ويحتوي القسيم العضلي في خلايا العضلات على ديزمين. تتمثل الوظيفة الهيكلية الأساسية لهذه الخيوط في تقوية الخلايا وتنظيمها في الأنسجة. تتكون الأنابيب الدقيقة من بروتينات هيكلية تسمى توبولين. تتجمع التوبولينات ذاتياً لتشكيل الأنابيب الدقيقة التي تساهم في تنظيم السيتوبلازم، بما في ذلك موقع العضيات.  ؛ الأنابيب الدقيقة ضرورية أيضاً للانقسام والانقسام الخلوي.

نظراً لانتشار البروتينات الهيكلية على نطاق واسع، فإن حدوث طفرة في الجين الذي يرمز لأي من هذه البروتينات يمكن أن يكون لها تأثيرات ضارة شديدة. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي الطفرة في الجين المشفر للكولاجين إلى حالة تعرف باسم تكوّن العظم الناقص، والتي تتميز بضعف العظام والتشوهات في الأنسجة الضامة. يمكن أن تؤدي الطفرات المختلفة في جين الكولاجين إلى متلازمة ألبورت، التي تتميز بمشاكل في الأعضاء مثل الكلى والعينين والأذنين.