蛋白质（protein）作为生物体的重要组成物质之一，具有多种生物学功能。如：参与催化、免疫、凝血、肌收缩等动态生化反应；也行使构成结缔组织、骨基质，形成组织形态等结构功能。蛋白质在人体内分布广泛、种类繁多，但其元素组成大致相同：主要有碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）和硫（S）。某些蛋白质还含有磷（P）或金属元素，如：铁（Fe）、锌（Zn）、镁（Mg）、锰（Mn）、铜（Cu）等。这些金属元素多以离子形式存在于蛋白质内部，往往在蛋白质发挥生物学功能过程中起着关键作用，在进行分子模拟及药物设计时，应重点关注。
人体内的蛋白质均由20种L-α-氨基酸（amino acid）（除甘氨酸外）组成。根据氨基酸的结构和理化性质可将这20中氨基酸分成5大类：（1）非极性脂肪族氨基酸；（2）芳香族氨基酸；（3）极性中性氨基酸；（4）酸性氨基酸及（5）碱性氨基酸。如表1所示。
表1 氨基酸分类
| Chinese Name | English Name | Symbol | Structural Formula | Isoelectric point, pI |
| Nonpolar amino acids with aliphatic side chains | ||||
| 甘氨酸 | Glycine | Gly[G] |  | 5.97 |
| 丙氨酸 | Alanine | Ala[A] |  | 6.00 |
| 缬氨酸 | Valine | Val[V] |  | 5.96 |
| 亮氨酸 | Leucine | Leu[L] |  | 5.98 |
| 异亮氨酸 | Isoleucine | Ile[I] |  | 6.02 |
| 脯氨酸 | Proline | Pro[P] |  | 6.30 |
| Polar neutral amino acids | ||||
| 丝氨酸 | Serine | Ser[S] |  | 5.68 |
| 半胱氨酸 | Cysteine | Cys[C] |  | 5.07 |
| 甲硫氨酸 | Methionine | Met[M] |  | 5.74 |
| 天冬酰胺 | Asparagine | Asn[N] |  | 5.41 |
| 谷氨酰胺 | Glutamine | Gln[Q] |  | 5.65 |
| 苏氨酸 | Threonine | Thr[T] |  | 5.60 |
| Amino acids containing aromatic rings | ||||
| 苯丙氨酸 | Phenylalanine | Phe[F] |  | 5.48 |
| 酪氨酸 | Tyrosine | Tyr[Y] |  | 5.66 |
| 色氨酸 | Tryptophan | Trp[W] |  | 5.89 |
| Amino acids with side chains containing acidic groups | ||||
| 天冬氨酸 | Aspartic acid | Asp[D] |  | 2.97 |
| 谷氨酸 | Glutamic acid | Glu[E] |  | 3.22 |
| Amino acids with side chains containing basic groups | ||||
| 精氨酸 | Arginine | Arg[R] |  | 10.76 |
| 赖氨酸 | Lysine | Lys[K] |  | 9.74 |
| 组氨酸 | Histidine | His[H] |  | 7.59 |
其中Pro为亚氨基酸，在蛋白质合成加工时可被修饰为羟脯氨酸（Hyp）。Lys也可被修饰为羟赖氨酸（Hyl）。Cys中的巯基有较强的失质子倾向，是极性最强的氨基酸；两个Cys通过脱氢反应以二硫键（disulfide bond）相连形成胱氨酸（cystine）。蛋白质分子中的Cys多以胱氨酸的形式存在，二硫键的形成可以使原本距离较远的Cys在空间上相互靠近，是蛋白质分子更加紧密，对维持蛋白质构象稳定等方面有重要意义。
图1 胱氨酸与二硫键
除此以外，硒代半胱氨酸（selenocysteine）在某些情况下也可参与蛋白质的合成，如过氧化物酶等。人体内也存在不参与蛋白质合成但具有其他生理活性的氨基酸，如：鸟氨酸（ornithine）、瓜氨酸（citrulline）和精氨酸代琥珀酸（argininosuccinate）等，图2给出了上述特殊氨基酸的结构式。
图2 部分特殊氨基酸的结构式
1分子氨基酸的α-羧基与另1分子α-氨基脱水形成酰胺键称为肽键（peptide bond），生成的产物则称为肽（peptide），如图3所示。根据脱水生成肽的氨基酸数量（n）将肽称为“n肽”，如4个氨基酸脱水形成的肽可称为四肽。通常将10个及以内的氨基酸形成的肽称为寡肽（oligopeptide），超过10个但少于50个氨基酸形成的肽称为多肽（polypeptide），50个以上的氨基酸组成的肽则称为蛋白质。如胰岛素（insulin）由51个氨基酸构成，属于蛋白质；而促肾上腺皮质激素由39个氨基酸组成，属于多肽。
无论是肽还是蛋白质，在它们的末端均含有一个游离的α-氨基和一个α-羧基。含有游离α-氨基的末端常称为N-端，而含有游离α-羧基的末端常称为C-端。由于在形成肽键的过程中，氨基酸因脱水而不再完整，故又将肽或蛋白质中的氨基酸称为残基（residue）。
图3 肽与肽键
在蛋白质分子中，从N-端至C-端的氨基酸序列被称为蛋白质的一级结构（primary structure）。一级结构是理解蛋白质高级结构与生物学功能的重要基础。需要强调的是，蛋白质的一级结构中除了肽键信息外，还包括二硫键的位置。
