在生物體內,生物信息的流動可以分為兩個部分：第一部分是存儲于DNA序列中的遺傳信息通過轉錄和翻譯傳入蛋白質的一級序列中,這是一維信息之間的傳遞,三聯子密碼介導了這一傳遞過程；第二部分是肽鏈經過疏水塌縮、空間盤曲、側鏈聚集等折疊過程形成蛋白質的天然構象,同時獲得生物活性,從而將生命信息表達出來；而蛋白質作為生命信息的表達載體,它折疊所形成的特定空間結構是其具有生物學功能的基礎,也就是說,這個一維信息向三維信息的轉化過程是表現生命活力所必需的。
自從20世紀60年代,Anfinsen基于還原變性的牛胰RNase在不需其他任何物質幫助下,僅通過去除變性劑和還原劑就使其恢復天然結構的實驗結果,提出了“多肽鏈的氨基酸序列包含了形成其熱力學上穩定的天然構象所必需的全部信息”的“自組裝學說”以來,隨著對蛋白質折疊研究的廣泛開展,人們對蛋白質折疊理論有了進一步的補充和擴展。Anfinsen的“自組裝熱力學假說”得到了許多體外實驗的證明,的確有許多蛋白在體外可進行可逆的變性和復性,尤其是一些小分子量的蛋白,但是并非所有的蛋白都如此。而且由于特殊的環境因素,體內蛋白質的折疊遠非如此。
體內蛋白質的折疊往往需要有其他輔助因子的參與,并伴隨有ATP的水解。因此,Ellis 于1987年提出了蛋白質折疊的“輔助性組裝學說”。這表明蛋白質的折疊不僅僅是一個熱力學的過程,顯然也受到動力學的控制。有的學者基于有些相似氨基酸序列的蛋白質具有不同的折疊結構,而另外一些不同氨基酸序列的蛋白質在結構上卻相似的現象,提出了mRNA二級結構可能作為一種遺傳密碼從而影響蛋白質結構的假說。但目前為止,該假說尚沒有任何實驗證據,只有一些純數學論證[3]。那么,蛋白質的氨基酸序列究竟是如何確定其空間構象的呢？圍繞這一問題科研人員已進行了大量出色的工作,但迄今為止我們對蛋白質的折疊機制的認識仍是不完整的,甚至有些方面還存在著錯誤的觀點。
在這方面作出重要貢獻的典型研究實例是美國C.B.安芬森小組關于牛胰核糖核酸酶的變性和復性的研究。牛胰核糖核酸酶含有124個氨基酸殘基,由8個巰基配對組成4對二硫鍵。可以計算出酶分子中8個巰基組成4對二硫鍵的可能方式有105種,這就提供了一個定量估算復性重組的指標。在溫和的堿性條件下,8摩爾的濃脲和大量巰基乙醇能使四對二硫鍵完全還原,整個分子變為無規則卷曲狀,酶分子變性。透析去除脲,在氧的存在下,二硫鍵重新形成,酶分子完全復性,二硫鍵中成對的巰基都與天然一樣,復性分子可以結晶且具有與天然酶晶體相同的X射線衍射花樣,從而證實,酶分子在復性過程中,不僅能自發地重新折疊,而且只選擇了105種二硫鍵可能配對方式中的一種。