タンパク質は、細胞がより大きな分子を必要とするときに、より長いアミノ酸鎖を持つのではなく、四次構造とマルチユニット複合体を形成するように進化してきました。ほとんどのタンパク質は、球状と繊維状の2つのカテゴリのいずれかに分類されます。

球状タンパク質はコンパクトで、アミノ酸鎖がスフェロイド状に巻かれています。それらの二次構造は通常、アルファヘリックスとベータシートの混合物です。

ほとんどの細胞内タンパク質は球状で水溶性であり、多くの酵素や転写因子などがあります。これらの構造では、疎水性アミノ酸はスフェロイド構造の中央に密集し、親水性アミノ酸は外面に存在します。

球状タンパク質は、さまざまな構成で互いに相互作用し、フィラメントや多量体複合体など、さまざまな種類の構造を形成します。

多くは、複数のアミノ酸鎖で構成される単一の機能単位である四次構造を形成します。例えば、ヘモグロビンは、2つのアルファサブユニットと2つのベータサブユニットからなる四量体として機能します。

球状タンパク質が1つ以上の追加タンパク質と会合すると、さらに大きな構造を構築できます。例えば、アクチンフィラメントは、多くの球状アクチンモノマーが結合して長いらせん状のタンパク質鎖を形成することで形成されます。

コンパクトな球状タンパク質とは異なり、線維性タンパク質はしばしば細胞外マトリックスに位置し、構造を提供し、拡張形状を形成します。

繊維状タンパク質は通常、α-ヘリックスまたはβ-シートのいずれかで構成されていますが、両方が混在することはめったにありません。多くの場合、外面には疎水性アミノ酸があり、他のモノマーと相互作用してより大きな構造を形成します。

例えば、コラーゲンは、拡張されたアルファヘリックスからなる繊維状タンパク質で、3つのヘリックスが互いに巻き付き合ってコイルドコイルと呼ばれる構造を形成しています。コラーゲン原線維は、結合組織に構造と柔軟性を提供します。

タンパク質フィブロインは、ベータシートで構成される繊維状タンパク質の一例であり、絹のストランドが柔軟で丈夫であることを可能にする絹のタンパク質です。