Hücre tarafından daha büyük moleküllere ihtiyaç duyulduğunda, proteinler, uzun amino asit zincirlerine sahip olmak yerine, dördüncül yapılar ve çok birimli kompleksler oluşturmak üzere evrimleşmiştir. Çoğu protein, küresel ve lifsi olmak üzere iki kategoriden birine girer. Küresel proteinler, amino asit zincirleri küresel bir şekle sarılmış olarak kompakttır.

İkincil yapıları genellikle alfa sarmalları ve beta yapraklarının bir karışımıdır. Birçok enzim ve transkripsiyon faktörü gibi çoğu hücre içi protein küreseldir ve suda çözünür. Bu yapılarda, hidrofobik amino asitler küremsi yapının ortasına sıkıca paketlenirken, hidrofilik amino asitler dış yüzeyde bulunur.

Küresel proteinler, çeşitli konfigürasyonlarda birbirleriyle etkileşime girerek, filamentler veya multimerik kompleksler de dahil olmak üzere farklı tipte yapılar oluşturur. Birçoğu, birden fazla amino asit zincirinden oluşan tek bir işlevsel birim olan dördüncül yapılar oluşturur. Örneğin, hemoglobin, iki alfa ve iki beta alt biriminden oluşan bir tetramer olarak işlev görür.

Bir küresel protein, bir veya daha fazla ilave proteinle birleştiğinde daha büyük yapılar da oluşturulabilir. Örneğin, birçok küresel aktin monomeri uzun sarmal protein şeritleri oluşturmak için bir araya geldiğinde bir aktin filamenti oluşur. Kompakt küresel proteinlerin aksine, lifsi proteinler genellikle hücre dışı matriste bulunur, yapıyı sağlar ve geniş şekiller oluşturur.

Lifsi proteinler genellikle ya alfa sarmallardan veya beta yapraklardan oluşur, ancak nadiren bu ikisinin bir karışımı da olabilir. Genellikle dış yüzeylerinde, daha büyük yapılar oluşturmak için diğer monomerlerle etkileşime giren hidrofobik amino asitlere sahiptirler. Örneğin kolajen, genişletilmiş bir alfa sarmalından oluşan bir lifsi proteindir.

Üç sarmal, birbirinin etrafında dolanarak sarılmış sarmal adı verilen bir yapı oluşturur. Kolajen fibriller, bağlayıcı dokularda yapı ve esneklik sağlar. Fibroin proteini, beta yapraklardan oluşan lifsi proteinin bir örneğidir ve ipekte, ipek iplikçiklerinin hem esnek hem de güçlü olmasını sağlayan proteindir.