Le proteine si sono evolute per formare strutture quaternarie e complessi multiunità, quando la cellula necessita di molecole più grandi, piuttosto che avere catene amminoacidiche più lunghe. La maggior parte delle proteine rientrano in una delle due categorie:globulari e fibrose. Le proteine globulari sono compatte con la catena aminoacidica avvolta in forma sferoidale.

Le loro strutture secondarie sono di solito una miscela di eliche alfa e fogli beta. La maggior parte delle proteine intracellulari sono globulari e solubili in acqua, come molti enzimi e fattori di trascrizione;in queste strutture, gli amminoacidi idrofobi sono impaccati strettamente al centro della struttura sferoidale mentre gli amminoacidi idrofili si trovano sulla superficie esterna. le proteine globulari interagiscono tra loro in una varietà di configurazioni, formando diversi tipi di strutture, compresi filamenti o complessi multimerici.

Molte proteine formano strutture quaternarie, un'unica unità funzionale composta da più di una catena amminoacidica. L'emoglobina funziona ad esempio, come tetramero, composto da due subunità alfa e due beta. Strutture ancora più grandi possono essere costruite quando una proteina globulare si associa ad una o più proteine aggiuntive;per esempio, un filamento di actina si forma formato quando molti monomeri di actina globulari si uniscono insieme, per creare lunghi filamenti di proteina elicoidale.

A differenza delle proteine globulari compatte, le proteine fibrose sono spesso localizzate nella matrice extracellulare, hanno funzione strutturale e formano ampie forme. Le proteine fibrose sono solitamente composte di alfa eliche o di fogli beta, ma raramente una miscela di entrambi. Hanno spesso aminoacidi idrofobi sulle loro superfici esterne che interagiscono con altri monomeri per formare strutture più grandi.

per esempio, il collagene è una proteina fibrosa composta da un'elica alfa estesa. Tre eliche si avvolgono l'una intorno all'altra per realizzare una struttura chiamata bobina a spirale. Le fibrille di collagene forniscono struttura e flessibilità nei tessuti connettivi.

La fibroina proteica è un esempio di proteina fibrosa composta da fogli beta, ed è la proteina che nella seta permette ai fili di seta di essere sia flessibili che forti.