Tumbuh-tumbuhan dan hewan dapat mensintesis protein, yaitu tumbuh-tumbuhan dari nitrogen yang tersedia di tanah, sedangkan hewan dari asam amino yang diperoleh dari makanan berasal dari tumbuh-tumbuhan dan hewan. Hewan dapat mensintesis beberapa macam asam amino dari nitrogen yang berasal dari makanan. Metabolisme pada hewan, ekskresi dan kematian akhirnya mengembalikan nitrogen ke tanah secara berkelanjutan berupa siklus nitrogen.
Sintesis protein melingkupi pembuatan atau pembentukan rantai panjang asam amino yang bernama rantai peptida. Ikatan kimia yang mengaitkan dua asam amino satu sama lain dinamakan ikatan peptida. Ikatan ini terjadi karena satu hidrogen (H) dari gugus amino suatu asam amino bersatu dengan hidroksil (OH) dari gugus karboksil asam amino lain.
Proses ini menghasilkan satu molekul air, sedangkan CO dan yang tersisa akan membentuk ikatan peptida. Tetapi sebaliknya, pada ikatan peptida bisa dipecah menjadi asam amino oleh asam atau oleh enzim pencernaan dengan menambahkan satu molekul air. Proses ini dinamakan hidrolisis.
Bila dua macam asam amino saling terikat dalam bentuk ikatan peptida dinamakan peptida, bila tiga asam amino tripeptida, dan bila lebih banyak lagi asam amino dinamakan polipeptida. suatu molekul protein terdiri atas satu atau lebih rantai polipeptida, tiap polipeptida terdiri atas kurang lebih dua puluh hingga beberapa ratus asam amino.
Karakteristik suatu protein ditentukan oleh jenis asam yang membentuknya, berapa kali munculnya, dan urut-urutannya dalam ikatan protein tersebut. karena tiap asam amino dapat digunakan berapa kali saja dengan urut-urutan yang berbeda, dapat dibayangkan berapa banyak jenis protein yang dapat dibentuk.
Urut-urutan asam amino menentukan struktur primer protein tersebut. struktur sekunder ditentukan oleh bentuk rantai asam amino; lurus, lipatan atau gulungan, yang mempengaruhi sifat dan kemungkinan jumlah protein yang dapat dibentuk.
Struktur tersier ditentukan oleh ikatan tambahan antara gugus R pada asam-asam amino yang memberi tiga dimensi sehingga membentuk struktur kompak dan padat suatu protein.
Ketiga tingkat struktur inilah yang memberikan bentuk khas kepada suatu molekul protein yang menentukan sifat dan fungsi khasnya. Variasi protein yang dimungkinkan oleh jenis, susunan asam amino dan benturk strukturnya ini menghasilkan jutaan jenis protein dengan berbagai karakteristik dan fungsi.
Insulin merupakan protein kecil yang terdiri atas lima puluh satu asam amino yang tersusun dalam dua rantai polipeptida pendek. Kedua rantai ini dihubungkan satu sama lain oleh dua jembatan. Jembatan ketiga terbentang di dalam satu rantai.
Struktur protein pada umumnya labil, sehingga dalam larutan mudah berubah bila mengalami perubahan pH, radiasi, cahaya, suhu tinggi, dan sebagainya. protein yang berubah ini dinamakan protein denaturasi, yang mempunyai sifat-sifat fisik dan faali yang berbeda dengan protein semula.
Contohnya ialah protein telur yang dimasak. Dalam bentuk mentah protein telur merupakan cairan transparan; setelah dimasak berubah menjadi bentuk padat buram akibat koagulasi karena dipanaskan.
Protein yang telah mengalami denaturasi lebih mudah dicernakan. Protein tubuh yang mengalami denaturasi tidak dapat melakukan fungsinya semula.