動物體內的，由肽鏈和糖鏈通過共價鍵結合而成的大分子，分子量可達數百萬，含糖的比例可高達90％以上，而蛋白質僅占5～7％，糖鏈含已糖胺甚高，並富含糖醛酸和硫酸根（一般糖蛋白不含這些組分）。主要存在於結締組織，因能結合較多水份，在體內形成可伸縮的軟墊，起著減磨和抗衝擊的緩衝和保護作用。在胚胎發育過程中，對骨骼的生長和成形有很大作用。過去因方法失當，提取過程中丟失蛋白質，誤認為是不含蛋白質的多糖，稱為粘多糖或稱酸性粘多糖，此類名稱現已不用。糖鏈的部分目前統稱為糖糖胺聚糖。
結構 蛋白聚糖通常由一條肽鏈做骨架，肽鏈上聯有數條，數十條至一百多條糖鏈。糖鏈大多數由重復的二糖單位組成。二糖單位中必定有一個己糖胺，即半乳糖胺或葡萄糖胺，另一個糖基，是半乳糖或糖醛酸（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸）。還有一些硫酸根聯在糖的羥基或氨基上。
蛋白聚糖的 GAG糖鏈分為：硫酸軟骨素(CS)、硫酸皮膚素(DS)、肝素(HP)、硫酸乙酰肝素(HP-S)、透明質酸(HA)和硫酸角質素（KS）6類。其中隻有透明質酸不含硫酸根。含有葡萄糖醛酸的有透明質酸和硫酸軟骨素，含有艾杜糖醛酸的有硫酸皮膚素，硫酸角質素不含任何糖醛酸，而肝素和硫酸乙酰肝素則含有兩種糖醛酸。肝素的結構更為復雜，有人認為七糖單位是重復結構單位，硫酸乙酰肝素的結構和肝素大致相似，隻是在單糖的比例和硫酸根含量上略有差別。
硫酸軟骨素，硫酸皮膚素，肝素和硫酸乙酰肝素這幾種糖鏈，在還原末端都有類似
的結構，並通過末端的木糖殘基以β-O-糖苷鍵與肽鏈中的絲氨酸相聯結。硫酸角質素則通過還原末端的N-乙酰氨基半乳糖，以β-O-糖苷鍵和肽鏈中的絲氨酸或蘇氨酸相連接。未發現透明質酸通過還原末端糖殘基和肽鏈有共價鍵相聯的。另外，蛋白聚糖的肽鏈上還可能通過糖苷鍵連接著類似於一般糖蛋白中的復合型N-糖鏈。
結構研究較為深入的是軟骨組織中的蛋白聚糖。在電鏡照片中，整個軟骨PG的聚合體分子呈羽毛狀。中間是一條透明質酸長鏈，大約40條PG單體排列在兩側。每條PG單體通過肽鏈的末端部分並在小分子“連接蛋白”的幫助下，固定在透明質酸鏈上。PG單體以一條肽鏈為主幹，上面分佈著大約80條硫酸軟骨素糖鏈和100條硫酸角質素糖鏈，以及少量非GAG的N-糖鏈和O-糖鏈。單體分子量約為2.5×106，聚合體的分子量可達(0.3～2.1)×108。
其他來源的蛋白聚糖，分子量不像軟骨PG那麼大，肽鏈長度和糖鏈數目也各不相同，並且一般未見有連在透明質酸分子上的聚合體結構。
功能 包含有一條分子量為2×105的核心蛋白鏈的軟骨PG單體，分子量可達2.5×106。因為糖醛酸和硫酸根的存在，分子內部有較強的負電荷，所以整個分子是伸展的，長度可達300納米，旋轉半徑為60納米。PG分子有較強的親水性，分子內間隙中和分子周圍結合著相當量的水分子。上述這些特性，使PG分子在承受壓力時，具有可逆的可壓縮性。因此，在結締組織中PG起著減少磨擦、抗禦沖擊等保護作用；並且提供一定的粘性、彈性和親水性，和膠原蛋白一起，對包埋於結締組織中的細胞和器官，有機械支持功能。
在胚胎發育過程中，結締組織中的PG對骨骼的生長和形狀影響極大。有一種實驗造成的突變型小鼠，其PG的合成過程受阻，透明軟骨中 PG含量僅為正常量的5％，結果發育成軀幹和四肢都比正常小鼠縮短的畸形。在許多細胞的表面，發現有PG或PG的受體。細胞表面PG的種類和含量的變化，對細胞的運動、附著、分裂、生長、聚集以及對淋巴細胞的細胞毒的敏感性等方面有不同程度的影響。PG和GAG不但作為細胞介質，起著機械的緩沖和保護作用，而且很可能還作為活躍的生物活性物質，參與細胞識別，在調節細胞生理活動中起積極作用。
在六種 GAG糖鏈中，隻有肝素和硫酸乙酰肝素，不僅存在於結締組織，而且還存在於體液和其他組織的細胞內及細胞表面。肝素作為臨床抗凝劑已有50多年歷史。肝素還能促使脂蛋白脂酶釋放，並激活該酶，所以靜脈註射肝素可以加速三酰基甘油從血漿中清除，這是肝素的“血漿潔凈作用”。肝素對幾種激素引起的腺苷酸環化酶活性增高有拮抗作用，預示肝素可能參與激素調節功能。