自20世紀60年代以來，安芬森基於不借助任何其他物質還原變性牛胰腺核糖核酸酶的實驗結果，提出了“多肽鏈的氨基酸序列包含了形成其熱力學穩定的天然構象所必需的全部信息”的“自組裝理論”，人們進壹步補充和擴展了蛋白質的折疊理論。安芬森的“自組裝熱力學假說”已經被很多體外實驗所證明。確實有很多蛋白質可以在體外可逆變性復性，尤其是壹些分子量小的蛋白質，但不是所有的蛋白質。而且由於特殊的環境因素，蛋白質在體內的折疊遠非如此。
蛋白質在體內的折疊往往需要其他輔因子的參與，並伴隨著ATP的水解。因此，在1987中，埃利斯提出了蛋白質折疊的“輔助組裝理論”。這表明蛋白質的折疊不僅是壹個熱力學過程，而且明顯受動力學控制。基於壹些氨基酸序列相似的蛋白質具有不同的折疊結構，而另壹些氨基酸序列不同的蛋白質具有相似的結構的現象，壹些學者提出了mRNA的二級結構可能作為遺傳密碼，從而影響蛋白質結構的假說。但到目前為止，這個假設還沒有實驗證據，只有壹些純數學的論證[3]。那麽，蛋白質的氨基酸序列是如何決定其空間構象的呢？研究人員在這個問題上做了大量優秀的工作，但是到目前為止，我們對蛋白質的折疊機制的認識還不完全，甚至在某些方面還存在壹些錯誤的觀點。
在該領域做出重要貢獻的壹個典型研究實例是美國C.B. anfinsen小組對牛胰腺核糖核酸酶變性和復性的研究。牛胰腺核糖核酸酶含有124個氨基酸殘基，由8個巰基配對形成4對二硫鍵。可以計算出酶分子中的8個巰基形成4對二硫鍵有105種可能的方式，為定量估計復性和重組提供了指標。在溫和的堿性條件下，8摩爾的濃縮尿素和大量的巰基乙醇可以完全還原四對二硫鍵，整個分子變得不規則卷曲，酶分子變性。尿素通過透析除去。在有氧的情況下，二硫鍵重新形成，酶分子完全復性。二硫鍵中的成對巰基與自然界中的相同，復性後的分子可以結晶並具有與天然酶晶體相同的X射線衍射圖譜，證明酶分子不僅可以自發重折疊，而且在復性過程中只能選擇105種可能的二硫鍵配對方式中的壹種。
理論模型折疊
框架模型折疊
(框架模型)
框架模型[4]假設蛋白質的局部構象依賴於局部氨基酸序列。在多肽鏈折疊過程的初始階段，迅速形成不穩定的二級結構單元；稱為“閃爍簇”，然後這些二級結構緊密接觸，從而形成穩定的二級結構框架；最後二級結構框架相互拼接，肽鏈逐漸收縮，形成蛋白質的三級結構。該模型認為，即使是壹個小分子蛋白質也可以壹部分壹部分地折疊，它們之間形成的亞結構域是折疊中間體的重要結構。
疏水折疊模型折疊
(疏水塌陷模型)
在疏水折疊模型[5]中，疏水力被認為是蛋白質折疊過程中的決定性因素。在任何二級結構和三級結構形成之前，首先發生快速的非特異性疏水崩潰。
機構折疊
(擴散-碰撞-粘附模型)
該模型認為，蛋白質的折疊始於延伸肽鏈上的幾個位點，在這些位點產生不穩定的二級結構單元或疏水簇，主要通過局部序列的進展或中程(3-4個殘基)相互作用來維持。它們以非特異性布朗運動的方式相互擴散、碰撞和粘附，導致大結構的形成，從而增加穩定性。進壹步的碰撞形成具有疏水核和二級結構的準熔融球形中間體的球形結構。球形中間體被調整為類似於天然結構的致密、惰性和高度有序的熔融球形結構。最後，不活躍的高度有序的熔融球形狀態轉變為完整的動態自然狀態。
增長模型折疊
(核凝聚增長模型)
根據這個模型，肽鏈中的某個區域可以形成“折疊核”，以它們為核心，整個肽鏈繼續折疊，然後獲得自然構象。所謂“晶核”，其實就是壹些特殊的氨基酸殘基形成的類似自然相互作用的網絡結構。這些殘基不是由非特異性疏水相互作用維持的，而是由特異性相互作用緊密堆積的。晶核的形成是折疊初始階段的限速步驟。
布局模型折疊
(曲線鋸拼圖模型)
這個模型的中心思想[9]是多肽鏈可以沿著許多不同的路徑折疊，並且在沿著每條路徑折疊的過程中，自然結構越來越多，最終可以形成自然構象，並且沿著每條路徑的折疊速度更快。與單通道折疊方法相比，多肽鏈速度更快。另壹方面，外界生理生化環境的微小變化或突變等因素可能對單壹折疊路徑產生較大影響。對於具有多條路徑的折疊模式，這些變化可能會影響壹條折疊路徑，但不會影響其他折疊路徑，因此不會從整體上幹擾多肽鏈的折疊，除非這些因素引起的變化太大，無法從根本上影響多肽鏈的折疊。
格子模型折疊
晶格模型(簡稱HP模型)最早是由Dill等人在1989中提出的。點陣模型可以分為二維模型和三維模型兩種。二維網格模型是在平面空間中生成單位長度的正交網格。每個氨基酸分子按順序放置在這些網格的交點上，序列中相鄰的氨基酸分子放在格子中壹定是相鄰的，即格子模型中相鄰氨基酸分子之間的距離為1。然而，應該註意的是，在網格中的每個交叉點上最多可以放置壹個氨基酸分子。如果序列中的壹個氨基酸分子已經被放置在這個位置，那麽隨後的氨基酸分子就不能再被放置在這個網格上。如果在放置氨基酸分子的過程中，沒有當前放置的氨基酸分子的位置，那麽配置不合理，需要重新定位。三維網格模型類似於二維網格模型，是在三維空間中生成的單位長度的三維網格。氨基酸分子在晶格中的放置方法與二維晶格模型相同，但在二維晶格模型中，除了序列中的前兩個氨基酸分子，只有三個方向可供選擇，而在三維晶格模型中，復雜度要高得多，有五個方向可供選擇。
分子伴侶折疊
在1978期間，Laskey發現只有當細胞核-核質中存在酸性蛋白時，組蛋白和DNA才能組裝成核小體，否則就會發生沈澱。基於此，拉斯基稱之為“分子伴侶”。分子伴侶是指壹類蛋白質[10，11]，能夠結合並穩定另壹種蛋白質的不穩定構象，通過受控結合和釋放，促進新多肽鏈的折疊、聚合物的組裝或降解以及細胞器蛋白質的跨膜轉運。分子伴侶是從功能上定義的，所有具有這種功能的蛋白質都是分子伴侶，它們的結構可以完全不同。這個概念已經擴展到很多蛋白質，現在鑒定的分子伴侶主要屬於三個高度保守的蛋白質家族[12]:應激90家族、應激70家族和應激60家族。其中，stress 60家族存在於真核生物的線粒體(哺乳動物稱為Hsp58)和葉綠體(稱為cpn60)，原核生物的細胞質中稱為GroEL。
意思是折疊
蛋白質折疊機制的闡明將揭示生命中的第二套遺傳密碼，這是它的理論意義。蛋白質折疊的狹義定義是研究蛋白質特定三維空間結構的形成規律和穩定性及其與生物活性的關系。概念上，有熱力學和動力學的問題；體外和細胞內的蛋白質折疊問題；有理論研究和實驗研究的問題。這裏最根本的科學問題是多肽鏈的壹級結構如何決定其空間結構。既然前者決定後者，那麽初級結構和空間結構之間必然存在某種確定的關系。有沒有壹套密碼就像核苷酸通過“三重密碼”決定氨基酸序列壹樣？有人把這種壹級結構決定空間結構的假定密碼稱為“第二遺傳密碼”。
如果“三重密碼”已經被破譯，但實際上已經變成了明碼，那麽破譯“第二遺傳密碼”就是蛋白質折疊問題最直接的理論解，這是蛋白質研究中最後未解之謎之壹。蛋白質結構預測是壹個理論熱力學問題。它是根據測得的蛋白質壹級序列，預測由安芬森原理確定的特定空間結構。測定蛋白質中的氨基酸序列，特別是編碼蛋白質的核苷酸序列，現在幾乎已經成為壹種常規技術。氨基酸序列可以根據“三重密碼”從互補DNA(cDNA)序列推導出來。這些在上個世紀取得重大突破的分子生物學技術，大大加快了蛋白質壹級結構的確定。目前，蛋白質數據庫中大約有1.7萬個蛋白質，但在空間結構上已經確定的蛋白質只有1.2萬個左右，其中很多是非常相似的同源蛋白質，而真正不同的蛋白質只有1.7萬個。隨著人類基因組計劃的順利完成和人類DNA全序列的解讀，蛋白質壹級結構的數據增長必然會呈爆炸式增長，而空間結構測定的速度則遠遠落後，兩者之間會有更大的距離，這就更加需要對蛋白質結構進行預測。
前景折疊
同時，它還具有重要的潛在應用前景，如以下幾個方面:
包涵體復性折疊
▲可利用DNA重組技術將外源基因導入宿主細胞。然而，重組基因的表達產物往往形成無活性和不溶性的包涵體。折疊機制的闡明將對包涵體的復性有很大幫助。
手工設計的蛋白質折疊
▲DNA重組和多肽合成技術的發展，使我們能夠根據自己的意願設計更長的多肽鏈。但是，由於我們無法知道這種多肽會折疊成什麽構象，所以無法按照自己的意願設計出具有特定功能的蛋白質。
尋找致病機制折疊
▲許多疾病，如哈爾莫氏病、瘋牛病(BSE)、傳染性海綿狀腦病(CJD)、肌萎縮側索硬化(ALS)和帕金森病，都是由於細胞中壹些重要的蛋白質發生突變，導致蛋白質聚集或錯誤折疊。因此，深入了解蛋白質折疊和錯誤折疊之間的關系，將對闡明這些疾病的發病機理和尋找治療方法有很大的幫助。
揭示蛋白質功能折疊
▲隨著基因組序列的發展，我們獲得了大量的蛋白質序列，結構信息的獲取對於揭示它們的生物學功能非常重要。現有手段(X射線晶體衍射、核磁共振、電子顯微鏡)確定蛋白質的結構需要很長時間，因此結構分析的步伐已經落後於發現新蛋白質的步伐。但結構預測的方法速度快，但可靠性不高。只有當我們對維持蛋白質結構和驅動蛋白質折疊的物理和化學因素有了更好的理解，才能從根本上改進這種方法。此外，我們對蛋白質相互作用和配體-蛋白質相互作用的構效關系的研究也有賴於蛋白質折疊機制的闡明。
蛋白質折疊
已經知道基因突變引起的蛋白質分子中只有壹個氨基酸殘基的改變就可以引起疾病，即所謂的“分子疾病”，如地中海鐮狀細胞性貧血，是由於血紅蛋白分子中第六位的谷氨酸突變為酪氨酸引起的。現在發現蛋白質分子的氨基酸序列沒有改變，但其結構或構象也會引起疾病，稱為“構象病”或“折疊病”。
眾所周知，瘋牛病是由壹種叫做朊病毒的蛋白質感染引起的。這種蛋白質也會感染人，引起神經系統疾病。在正常生物體內，朊病毒是正常神經活動所需的蛋白質，而致病性朊病毒的壹級結構與正常朊病毒完全相同，只是空間結構不同。對這種疾病的研究涉及許多基本的生物學問題。為什麽壹級結構相同的蛋白質會有不同的空間結構？這是否與安芬森的原則不符？顯然，蛋白質的能量和穩定性存在問題。
壹直認為蛋白質結構的改變來自於序列的改變，序列的改變來自於基因的改變，生命信息從核酸傳遞到蛋白質。致病性朊病毒的信息已被諾貝爾獎獲得者普魯辛納證明，它不是來自基因的改變。致病性蛋白質朊病毒通過蛋白質分子間的相互作用，使正常的蛋白質朊病毒變成致病性折疊狀態而被感染！這種相互作用的性質和機制是什麽？只改變折疊狀態的分子怎麽會引發嚴重疾病？這些問題無法用傳統的概念得到圓滿的解釋，因此在科學界引起了激烈的爭論，相關研究的強度和競爭力也大大增強。
由蛋白質異常折疊引起的其他疾病，如分子聚集甚至沈澱或轉運異常，包括阿爾茨海默病、囊性纖維化、家族性高膽固醇血癥、家族性澱粉樣變性、某些腫瘤、白內障等。由於分子伴侶在蛋白質折疊中起重要作用，分子伴侶本身的突變會明顯引起蛋白質折疊異常，引起折疊病。隨著蛋白質折疊研究的深入，人們會發現更多真正的致病原因和更有針對性的治療方法，設計出更有效的藥物。現在發現壹些小分子可以作為配體穿越細胞與突變蛋白結合，使已經失去戰鬥能力的突變蛋白逃離“蛋白質質量控制系統”，“帶傷作戰”。這種小分子被稱為“藥物分子伴侶”，有望成為治療“折疊病”的新藥。新生肽的折疊問題或蛋白質折疊問題不僅具有重要的科學意義，而且除了上述的醫學應用外，在生物工程中也具有重要的應用價值。基因工程和蛋白質工程已逐漸發展成為產值數十億美元的大產業，進入21世紀後將有更大發展。但目前經常遇到的困難是，將外源DNA導入簡單微生物細胞中合成的多肽鏈往往不能正確折疊成生物活性蛋白形成不溶性包涵體或被降解。這壹“瓶頸”問題的徹底解決需要對新的肽鏈折疊有更多的了解。