Presipitasi protein adalah metode yang digunakan untuk mengekstrak dan memurnikan protein yang disimpan dalam larutan. Molekul yang besar dan kompleks, protein umumnya memiliki bagian yang bermuatan listrik negatif dan bagian yang bermuatan positif, serta bagian hidrofilik dan hidrofobik. Ada kecenderungan protein dalam larutan untuk menggumpal dan mengendap karena daya tarik antara bagian molekul yang bermuatan negatif dan positif dan gaya tarik timbal balik dari bagian hidrofobik. Menangkal kecenderungan ini, bagaimanapun, adalah kenyataan bahwa dalam larutan air, molekul air, yang polar, akan cenderung untuk mengatur diri mereka sendiri di sekitar molekul protein karena daya tarik elektrostatik antara bagian air dan molekul protein yang bermuatan berlawanan. Hal ini menyebabkan molekul protein tetap terpisah dan tertinggal dalam larutan, tetapi ada berbagai metode untuk mencapai pengendapan protein.
Metode pengendapan protein yang paling umum digunakan adalah dengan menambahkan larutan garam, teknik yang sering disebut sebagai “penggaraman”. Garam yang paling sering digunakan adalah amonium sulfat. Interaksi ion garam dengan molekul air menghilangkan penghalang air antara molekul protein, memungkinkan bagian hidrofobik protein bersentuhan. Hal ini menyebabkan molekul protein berkumpul bersama dan mengendap dari larutan. Sebagai aturan umum, semakin tinggi berat molekul protein, semakin rendah konsentrasi garam yang diperlukan untuk menyebabkan pengendapan, sehingga dimungkinkan untuk memisahkan campuran protein yang berbeda dalam larutan dengan meningkatkan konsentrasi garam secara bertahap, sehingga protein yang berbeda mengendap pada tahap yang berbeda, proses yang dikenal sebagai presipitasi fraksional.
Kelarutan protein dalam media berair dapat dikurangi dengan memasukkan pelarut organik. Ini memiliki efek mengurangi konstanta dielektrik, yang dalam konteks ini dapat dianggap sebagai ukuran polaritas pelarut. Penurunan polaritas berarti ada lebih sedikit kecenderungan molekul pelarut untuk mengelompok di sekitar protein, sehingga ada lebih sedikit penghalang air antara molekul protein dan kecenderungan yang lebih besar terhadap pengendapan protein. Banyak pelarut organik berinteraksi dengan bagian hidrofobik molekul protein, menyebabkan denaturisasi; namun, beberapa, seperti etanol dan dimetil sulfoksida (DMSO), tidak.
Meskipun protein dapat memiliki bagian bermuatan negatif dan positif, seringkali, dalam larutan, mereka akan memiliki muatan positif atau negatif keseluruhan yang bervariasi sesuai dengan pH, dan memisahkannya melalui tolakan elektrostatik. Dalam kondisi asam, dengan pH rendah, protein cenderung memiliki muatan positif secara keseluruhan, sedangkan pada pH tinggi, muatannya negatif. Protein memiliki titik tengah di mana tidak ada muatan keseluruhan — ini dikenal sebagai titik isoelektrik dan untuk sebagian besar protein, itu terletak pada kisaran pH 4-6. Titik isoelektrik untuk protein terlarut dapat dicapai dengan menambahkan asam, biasanya asam klorida atau asam sulfat, untuk mengurangi pH ke tingkat yang sesuai, memungkinkan pengelompokan dan pengendapan molekul protein. Kerugian dari metode ini adalah bahwa asam cenderung mendenaturasi protein, tetapi sering digunakan untuk menghilangkan protein yang tidak diinginkan.
Metode lain dari pengendapan protein termasuk polimer hidrofilik non-ionik dan ion logam. Yang pertama mengurangi jumlah air yang tersedia untuk membentuk penghalang antara molekul protein, memungkinkan mereka untuk menggumpal dan mengendap. Ion logam bermuatan positif dapat berikatan dengan bagian molekul protein yang bermuatan negatif, mengurangi kecenderungan protein untuk menarik lapisan molekul air di sekitarnya, sekali lagi memungkinkan molekul protein untuk berinteraksi satu sama lain dan mengendap dari larutan. Ion logam efektif bahkan dalam larutan yang sangat encer.