Os anticorpos são componentes proteicos do sistema imunitário adquirido, cuja função principal é ligar a si antigénios ou outras substâncias estranhas ao corpo, marcando-os para serem destruídos. Os anticorpos podem ser segregados para o ambiente extracelular ou ancorados nas membranas de linfócitos B especializados, denominados plasmócitos. Enquanto as enzimas são extremamente limitadas na sua capacidade de ligação, resumindo-se aos substratos necessários para realizar a sua função enzimática, os anticorpos não têm esta restrição, apresentando uma afinidade extremamente elevada.[63]
Muitas das proteínas que transportam ligantes são capazes de ligar a si pequenas biomoléculas, transportando-as para diferentes locais do corpo. Estas proteínas devem ter uma elevada afinidade de ligação nos casos em que o seu ligante esteja presente em elevada concentração, mas serem também capazes de libertar o ligante nos casos em que a sua concentração nos tecidos-alvo seja diminuta. O exemplo canónico de uma proteína ligante é a hemoglobina, a qual transporta o oxigénio dos pulmões para os restantes órgãos e tecidos em todos os vertebrados e tem homólogos em todos os reinos.[64] As proteínas transmembranares atuam também enquanto proteínas transportadoras de ligantes, capazes de alterar a permeabilidade da membrana celular em relação a pequenas moléculas e a iões. A própria membrana tem um núcleo hidrófugo, através do qual as moléculas polarizadas ou carregadas eletrónicamente não são capazes de se difundir. As proteínas membranares possuem canais internos que permitem a este tipo de moléculas entrar e sair da célula. Muitas proteínas com canais iónicos são especializadas no sentido de selecionar apenas um ião em particular; por exemplo, os canais de potássio e sódio muitas vezes aceitam apenas um dos dois iões.[65]
A acumulação de proteínas mal enoveladas pode causar doenças amiloides, um grupo de várias doenças comuns, entre as quais a doença de Alzheimer, doença de Parkinson e doença de Huntington. O risco destas doenças aumenta significativamente com a idade. À medida que o ser humano envelhece, o equilíbrio da síntese, enovelamento e degradação das proteínas vai sofrendo distúrbios, o que provoca a acumulação de proteínas mal enoveladas em agregados. No entanto, as doenças causadas pela agregação de proteínas mal enoveladas não são exclusivas do sistema nervoso central e podem-se manifestar em tecidos periféricos, como no caso da diabetes mellitus tipo 2, cataratas hereditárias, algumas formas de aterosclerose, distúrbios relacionados com a hemodiálise e amiloidose, entre outras. Os genes e produtos proteicos envolvidos nestas doenças denominam-se amiloidogénicos e todas estas doenças têm em comum a expressão de uma proteína fora do seu contexto normal. Em todas estas doenças, a agregação de proteínas pode ser causada por mero acaso, por hiperfosforilação proteica, por mutações que tornam a proteína instável ou ainda pelo aumento desregulado ou patológico da concentração de algumas destas proteínas entre as células. Estes desiquilíbrios na concentração podem ser causados por mutações dos genes amiloidogénicos, alterações na sequência de aminoácidos da proteína ou por deficiências no proteassoma.[66]
As proteínas são uma das moléculas biológicas mais intensivamente estudadas, quer in vitro, in vivo ou in silico. O estudo in vitro de proteínas purificadas em ambiente controlado é útil na aprendizagem da forma como as proteínas desempenham as suas funções; por exemplo, o estudo da cinética enzimática explora o mecanismo químico da atividade catalítica de uma enzima e a sua afinidade relativa em relação às possíveis moléculas substrato. Por outro lado, as experiências in vivo podem fornecer dados sobre o papel fisiológico da proteína no contexto de uma célula ou de um organismo. O estudo in silico recorre a métodos computacionais para estudar proteínas.
Antes de se poder efetuar uma análise in vitro, a proteína deve ser purificada dos restantes componentes celulares. Este processo de purificação geralmente tem início com a citólise da célula, através da qual a membrana celular é rompida e o conteúdo interno libertado para uma solução denominada lisado bruto. A mistura daí resultante pode ser purificada através de ultracentrifugação, a qual fracciona os vários componentes celulares em frações que contêm proteínas solúveis, proteínas e lípidos membranares, organelas celulares e ácidos nucleicos. As proteínas deste lisado são então concentradas através de precipitação, feita através do método de relargagem. São depois usados vários tipos de cromatografia para isolar a proteína ou as proteínas pretendidas, de acordo com propriedades como o peso molecular ou afinidade de ligação.[67] O nível de purificação pode ser monitorizado através de vários tipos de eletroforese em gel, quando são conhecidos o peso molecular e o ponto isoelétrico, através de espectroscopia, quando a proteína possui características espectroscópicas distintas, ou através de análise enzimática, quando a enzima tem atividade enzimática. As proteínas podem ainda ser isoladas de acordo com a sua carga através de focalização isoelétrica.[68]
No caso das proteínas naturais, podem ser necessárias mais etapas no processo de purificação de forma a obter proteínas suficientemente puras para serem usadas em laboratório. Para simplificar este processo, recorre-se muitas vezes a engenharia genética para acrescentar às proteínas características químicas que as tornem mais fáceis de serem purificadas sem, no entanto, afetar a sua estrutura ou atividade. Neste caso, a um dos terminais da proteína é acrescentada uma etiqueta constituída por uma sequência de aminoácidos específica, geralmente uma série de resíduos de histidina (etiqueta de poli-histidina). Desta forma, quando o lisado é passado sobre uma coluna de cromatografia contendo níquel, os resíduos de histidina ligam-se com o níquel e agarram-se à coluna, enquanto os componentes do lisado sem a etiqueta passam sem entraves. Têm vindo a ser desenvolvidas diversas etiquetas de modo a auxiliar os investigadores na purificação de proteínas a partir de misturas complexas.[69]