As proteínas evoluíram para formar estruturas quaternárias e complexas multi-unidades quando moléculas maiores são necessárias pela célula em vez de ter cadeias de aminoácidos mais longas. A maioria das proteínas cai em uma das duas categorias, globular e fibrosa. As proteínas globulares são compactas com a cadeia de aminoácidos enrolada numa forma esferoide.

Suas estruturas secundárias são geralmente uma mistura de hélices alfa e folhas beta. A maioria das proteínas intracelulares são globulares e hidrossolúveis, como muitas enzimas e fatores de transcrição. Nestas estruturas, os aminoácidos hidrófobos são são embalados firmemente no meio da estrutura esferoide, enquanto os aminoácidos hidrófilos se encontram na superfície exterior.

As proteínas globulares interagem umas com as outras numa variedade de configurações, formando diferentes tipos de estruturas, incluindo filamentos ou complexos multiméricos. Muitas estruturas quaternárias formam, uma única unidade funcional composta por mais de uma cadeia de aminoácidos. Por exemplo, a hemoglobina funciona funciona como um tetrâmero, composto de duas subunidades alfa e duas betas.

Estruturas ainda maiores podem ser construídas quando uma proteína globular se associa a uma ou mais proteínas adicionais. Por exemplo, um filamento de actina é formado quando muitos monómeros de actina globular se juntam para criar longas cadeias de proteínas helicoidais. Ao contrário das proteínas globulares compactas, as proteínas fibrosas são muitas vezes localizadas na matriz extracelular, fornecendo estrutura e formando formas estendidas.

As proteínas fibrosas são geralmente compostas de hélices alfa ou folhas beta, mas raramente uma mistura de ambas. Elas muitas vezes têm aminoácidos hidrófobos em suas superfícies exteriores que interagem com outros monómeros para formar estruturas maiores. Por exemplo, o colágeno é uma proteína fibrosa composta por uma hélice alfa estendida.

Três hélices enrolam-se umas às outras para criar uma estrutura chamada bobina enrolada. As fibrilas de colágeno proporcionam estrutura e flexibilidade nos tecidos conjuntivos. A proteína fibrina é um exemplo de uma proteína fibrosa composta de folhas beta e é a proteína na seda, que permite que os fios de seda sejam flexíveis e fortes.