Razlika između verzija stranice "Savijanje proteina"

'''Sklapanje proteina''', '''savijanje proteina''' ili '''presavijanje proteina''', je [[fizički proces]] kojim [[protein]]ski lanac stiče svoju [[prirodno stanje|prirodnu]] [[tercijarna struktura proteina| trodimenzijsku strukturu]], [[Struktura proteina |konformaciju]] koja je obično biološki djelotvorna, na brz i ponovljiv način. To je fizički proces kojim se [[Peptid| polipeptid]] preklapa u svoju karakterističnu i funkcijsku trodimenzionzijsku strukturu iz [[slučajna zavojnica|slučajne zavojnice]].<ref name=Alberts>{{cite book | last1 = Alberts | first1 = Bruce | first2 = Alexander | last2 = Johnson | first3 = Julian | last3 = Lewis | first4 = Martin | last4 = Raff | first5 = Keith | last5 = Roberts | first6 = Peter | last6 = Walters| title = Molecular Biology of the Cell; Fourth Edition | publisher = Garland Science| year = 2002 | location = New York and London | chapter = The Shape and Structure of Proteins | chapterurl = https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26830/ | isbn = 978-0-8153-3218-3}}</ref> Svaki [[protein]] postoji kao rasklopljeni lančani polipeptid ili slučajna zavojnica kada se [[translacija (biologija) |translatira]] iz sekvence[[iRNK]] do linearnog lanca [[aminokiselina]]. Ovom polipeptidu nedostaje stabilna (dugotrajna) trodimenzijska struktura (lijeva strana prve slike). Kako se polipeptidni lanac sintetizira u [[ribosom]]u, linearni lanac počinje se savijati u svoju trodimenzijsku strukturu. Preklapanje počinje čak i za vrijeme translacije polipeptidnog lanca. Aminokiseline međusobno djeluju da bi stvorile dobro definiranu trodimenzijsku strukturu, u presavijeni protein (desna strana slike), poznat kao [[izvorno stanje]]. Rezultirajuća prostorna (3D) struktura određena je aminokiselinskom sekvencom ili primarnom strukturom ([[Anfinsenova dogma]]).<ref name="Anfinsen">{{cite journal | vauthors = Anfinsen CB | title = The formation and stabilization of protein structure | journal = The Biochemical Journal | volume = 128 | issue = 4 | pages = 737–49 | date = Julyjuli 1972 | pmid = 4565129 | pmc = 1173893 | doi = 10.1042/bj1280737 }}</ref>

Ispravna trodimenzionzijska struktura bitna je za funkcioniranje, iako neki dijelovi funkcijskih proteina [[intrinzično nestrukturirani proteini|mogu ostati nesavijeni]],<ref>{{cite book | first1 = Jeremy M. | last1 = Berg | first2 = John L. | last2 = Tymoczko | first3 = Lubert | last3 = Stryer | title = Biochemistry | publisher = W. H. Freeman | location = San Francisco | year = 2002 | isbn = 978-0-7167-4684-3 | chapter = 3. Protein Structure and Function | chapterurl = https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Search&db=books&doptcmdl=GenBookHL&term=stryer%5Bbook%5D+AND+215168%5Buid%5D&rid=stryer.chapter.280}}</ref> tako da je važna i [[dinamika proteina]]. Ako se ne preklope u nativnu strukturu, općenito se stvaraju neaktivni proteini, ali u nekim slučajevima pogrešno savijeni proteini imaju modificiranu ili toksičnu funkcionalnost. Smatra se da nekoliko [[degeneracija|neurodegenerativnih]] i drugih [[bolest]]i nastaje akumulacijom [[amiloid]]nih [[vlakno|fibrila]], formiranih od pogrešno sklopljenih proteina.<ref name="Selkoe:03">{{cite journal | vauthors = Selkoe DJ | title = Folding proteins in fatal ways | journal = Nature | volume = 426 | issue = 6968 | pages = 900–4 | date = Decemberdecembar 2003 | pmid = 14685251 | doi = 10.1038/nature02264 | bibcode = 2003Natur.426..900S}}</ref> Mnoge [[alergija|alergije]] izazvane su nepravilnim savijanjem nekih proteina, jer [[imunski sistem]] ne stvara [[antitijelo|antitijela]] na izvjesne proteinske strukture.<ref>{{cite book | last1 = Alberts | first1 = Bruce | first2 = Dennis | last2 = Bray | first3 = Karen | last3 = Hopkin | first4 = Alexander | last4 = Johnson | first5 = Julian | last5 = Lewis | first6 = Martin | last6 = Raff | first7 = Keith | last7 = Roberts | first8 = Peter | last8 = Walter| title = Essential cell biology | date = 2010 | publisher = Garland Science | location = New York, NY | isbn = 978-0-8153-4454-4 | pages = 120–70 | edition = Third | chapter = Protein Structure and Function}}</ref>

[[Denaturacija (biohemija) | Denaturacija]] proteina je proces prelaska iz presavijenog u [[slučajna zavojnica|rasklopljeno stanje]]. To se događa pri [[kuhanje|kuhanju]], u [[opekotina]]ma, u slučaju [[proteinopatija|proteinopatije]] i u drugim kontekstima.

Trajanje procesa savijanja dramatično varira ovisno o posmatranom proteinu. Kada se proučavaju [[in vitro | izvan ćelije]], najsporije presavijajućim proteinima treba mnogo minuta ili sati da se preklope prvenstveno zbog [[Prolin # Cis-trans izomerizacija | izomerizacije prolina]], i moraju proći kroz niz srednjih stanja , poput kontrolnih tačaka, prije nego što se postupak kompletira.<ref>{{cite journal | vauthors = Kim PS, Baldwin RL | title = Intermediates in the folding reactions of small proteins | journal = Annual Review of Biochemistry | volume = 59 | pages = 631–60 | year = 1990 | pmid = 2197986 | doi = 10.1146/annurev.bi.59.070190.003215 }}</ref> S druge strane, vrlo mali pojedinačni – [[proteinsk domen| domenski]] proteini, dužine do stotinu aminokiselina, obično se presavijaju u jednom koraku.<ref>{{cite journal | vauthors = Jackson SE | title = How do small single-domain proteins fold? | journal = Folding & Design | volume = 3 | issue = 4 | pages = R81-91 | year = 1998 | pmid = 9710577 | doi = 10.1016/S1359-0278(98)00033-9 | doi-access = free }}</ref> Vremenske skale milisekundi su norma, a najbrže poznate reakcije presavijanja proteina završavaju se u roku od nekoliko mikrosekundi.<ref>{{cite journal | vauthors = Kubelka J, Hofrichter J, Eaton WA | title = The protein folding 'speed limit' | journal = Current Opinion in Structural Biology | volume = 14 | issue = 1 | pages = 76–88 | date = Februaryfebruar 2004 | pmid = 15102453 | doi = 10.1016/j.sbi.2004.01.013 | url = https://zenodo.org/record/1259347 }}

[[Primarna struktura proteina]] i njena linearna aminokiselinska sekvenca, određuje njegovu prirodnu konformaciju.<ref name="Anfinsen1">{{cite journal | vauthors = Anfinsen CB | title = Principles that govern the folding of protein chains | journal = Science | volume = 181 | issue = 4096 | pages = 223–30 | date = Julyjuli 1973 | pmid = 4124164 | doi = 10.1126/science.181.4096.223 | bibcode = 1973Sci...181..223A }}</ref> Specifični aminokiselinski ostaci i njihov položaj u polipeptidnom lancu su odlučujući faktori kojima se dijelovi proteina usko preklapaju i čine njegovu trodimenzijsku konformaciju. Sastav aminokiselina nije toliko važan kao njihov redoslijed.<ref name="Voet_2016">{{cite book | title = Principles of Biochemistry | first1 = Donald | last1 = Voet | first2 = Judith G. | last2 = Voet | first3 = Charlotte W. | last3 = Pratt | publisher = Wiley | year = 2016 | edition = Fifth | isbn = 978-1-118-91840-1 }}</ref> Suštinska činjenica presavijanja, međutim, ostaje da aminokiselinska sekvenca svakog proteina sadrži informacije koje specificiraju i nativnu strukturu i put za postizanje tog stanja. To ne znači da se gotovo identične aminokiselinske sekvence uvijek slično preklapaju.<ref>{{cite journal | vauthors = Alexander PA, He Y, Chen Y, Orban J, Bryan PN | title = The design and characterization of two proteins with 88% sequence identity but different structure and function | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 104 | issue = 29 | pages = 11963–8 | date = Julyjuli 2007 | pmid = 17609385 | pmc = 1906725 | doi = 10.1073/pnas.0700922104 | bibcode = 2007PNAS..10411963A }}</ref> Konformacije se razlikuju i na osnovu faktora okoline; slični proteini različito se savijaju ovisno o tome gdje se nalaze.

[[Slika:Alpha helix.png|thumb|350x350px|Spiralna formacija [[alfa-heliks]]a]]

Formiranje [[sekundarna struktura proteina|sekundarne strukture]] prvi je korak u procesu presavijanja koji protein treba da bi preuzeo svoju prirodnu strukturu. Karakteristike sekundarne strukture su poznate kao [[alfa-heliks]]i i [[beta-list]]ovi, koje se brzo savijaju jer su stabilizirani [[unutarmolekulska sila |unutarmolekulskim]] [[vodikova veza|vodikovim vezama]], što je prvi okarakterizirao [[Linus Pauling]]. Stvaranje intramolekulskih vodikovih veza pruža još jedan važan doprinos stabilnosti proteina.<ref name="Rose">{{cite journal | vauthors = Rose GD, Fleming PJ, Banavar JR, Maritan A | title = A backbone-based theory of protein folding | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 103 | issue = 45 | pages = 16623–33 | date = Novembernovembar 2006 | pmid = 17075053 | pmc = 1636505 | doi = 10.1073/pnas.0606843103 | bibcode = 2006PNAS..10316623R}}</ref> α–heliksi nastaju stvaranjem vodikovih veza [[kičmeni lanac|okosnice]], kako bi oblikovale spiralni oblik (slika desno).<ref name= "Voet_2016"/> P–naborani sloj je struktura koja se formira sa okosnicom, savijenom unazad, da bi stvorile vodikove veze (kao što je prikazano na slici lijevo). Vodikove veze su [[peptidna veza|peptidne veze]] između [[amid]]nog vodika i [[karbonil]]nog kisika. Postoje antiparalelni β-nabrani i paralelni β-spirali listovi, gdje je stabilnost vodikovih veza jača u paralelnom β –listu, jer se vodikove veze pod idealnim uglom od 180 stepeni u usporedbi s kosim vodikovim vezama nastalim paralelnim u listovima.<ref name="Voet_2016"/>

[[Alfa-heliks]]i i beta savijeni listovi mogu biti [[amfipatija|amfipatski]] po prirodi ili sadržavati hidrofilni i hidrofobni dio. Ovo svojstvo sekundarnih struktura pomaže u [[tercijarna struktura proteina |tercijarnoj strukturi proteina]], kada dolazi do presavijanja, tako da su hidrofilne strane okrenute ka [[voda|vodenoj]] okolini koja okružuje protein, a hidrofobne strane prema hidrofobnom jezgru proteina.<ref name="Fersht_1999"/> Sekundarna struktura hijerarhijski ustupa mjesto formiranju tercijarne strukture. Kada se tercijarna struktura proteina formira i stabilizira hidrofobnim interakcijama, može nastati [[kovalentna veza]] u obliku [[disulfidna veza|disulfidnih mostova]] formiranih između dva [[cistein]]ska ostatka. Tercijarna struktura proteina uključuje jedan polipeptidni lanac, ali dodatne interakcije presavijenih polipeptidnih lanaca dovode do stvaranja kvaternarne strukture.<ref>{{cite web | url = http://www.nature.com/scitable/topicpage/protein-structure-14122136 | title = Protein Structure | publisher = Nature Education | accessdate = 2016-11-26. 11. 2016 | work = Scitable }}</ref>

Tercijarna struktura, u nekim proteinima, može se nastaviti formiranjem [[kvaternarna struktura proteina | kvaternarne strukture]], što obično uključuje "ansamle" ili "koansamble" podjedinica koje su se već presavile; drugim riječima, višestruki polipeptidni lanci mogli bi međusobno stvarati potpuno funkcionalni kvarternarni protein.<ref name = "Voet_2016"/>

Preklapanje je [[spontani proces]], koji se uglavnom vodi hidrofobnim interakcijama, stvaranjem unutarmolekulskih [[vodikova veza|vodikovih veza]], [[van der Waalsove sile]], a suprotstavljajoj se [[konformacijska entropija]].<ref>{{cite book | first1 = Charlotte | last1 = Pratt | first2 = Kathleen | last2 = Cornely| chapter-url = http://www.wiley.com/college/pratt/0471393878/instructor/review/thermodynamics/7_relationship.html | chapter = Thermodynamics | title = Essential Biochemistry | publisher = Wiley | accessdate = 2016-11-26. 11. 2016 | date = 2004 | isbn = 978-0-471-39387-0 | url-access = registration | url = https://archive.org/details/essentialbiochem00char }}</ref> Proces savijanja često započinje [[translacija (genetika) |kotranslacijski]], tako da se [[N-kraj]] proteina počinje presavijati dok se [[C-kraj| C-krajevi]]evi proteina još uvijek [[biosinteza proteina|sintetiziraju]] u [[ribosom]]ima. Međutim, molekula proteina može se spontano saviti tokom ili nakon [[biosinteza proteina| biosinteze]].<ref>{{Cite journal|date=1. 2. 2011-02-01|title=Folding at the birth of the nascent chain: coordinating translation with co-translational folding|url=|journal=Current Opinion in Structural Biology |volume=21 |issue=1 |pages=25–31 |doi=10.1016/j.sbi.2010.10.008 |pmid=21111607 |issn=0959-440X |last1=Zhang |first1=Gong |last2=Ignatova |first2=Zoya}}</ref> Iako se ove [[makromolekula|makromolekule]] mogu smatrati "[[Samosastavljanje|presavijenim]]", postupak također zavisi i od [[rastvarač]]a ([[voda]] ili [[lipidni dvosloj]]),<ref>{{cite journal | vauthors = van den Berg B, Wain R, Dobson CM, Ellis RJ | title = Macromolecular crowding perturbs protein refolding kinetics: implications for folding inside the cell | journal = The EMBO Journal | volume = 19 | issue = 15 | pages = 3870–5 | date = Augustaugust 2000 | pmid = 10921869 | pmc = 306593 | doi = 10.1093/emboj/19.15.3870 }}</ref> koncentracije [[soli]], [[pH]], [[temperatura|temperature]], mogućeg prisustva kofaktora i molekulskih [[šaperon (protein) |šaperona]].

Proteini će imati ograničenja sposobnosti presavijanja zbog ograničenih uglova savijanja ili konformacija koje su moguće. Ovi dozvoljeni uglovi presavijanja proteina opisani su dvodimenzijskom grafičkom pločom poznatom kao [[Ramachandranov plot]], prikazan sa psi i fi uglovima dozvoljene rotacije.<ref>{{cite web | url = http://www.proteinstructures.com/Structure/Structure/Ramachandran-plot.html | title = Torsion Angles and the Ramachnadran Plot in Protein Structures | first = Salam | last = Al-Karadaghi| work = www.proteinstructures.com | accessdate = 2016-11-26. 11. 2016}}</ref>

Važna pokretačka sila procesa presavijanja je minimiziranje broja hidrofobnih bočnih lanaca izloženih vodi.<ref name="Pace">{{cite journal | vauthors = Pace CN, Shirley BA, McNutt M, Gajiwala K | title = Forces contributing to the conformational stability of proteins | journal = FASEB Journal | volume = 10 | issue = 1 | pages = 75–83 | date = Januaryjanuar 1996 | pmid = 8566551 | doi = 10.1096/fasebj.10.1.8566551 }}</ref> Hidrofobni učinak je pojava u kojoj se hidrofobni lanci proteina ulaze u jezgro proteina (daleko od hidrofilnog okruženja).<ref name="Voet_2016"/> U vodenom okruženju, molekule vode su sklone da se agregiraju oko hidrofobnih područja ili bočnih lanaca proteina, stvarajući vodene ljuske uređenih molekula vode.<ref>{{cite journal | vauthors = Cui D, Ou S, Patel S | title = Protein-spanning water networks and implications for prediction of protein-protein interactions mediated through hydrophobic effects | journal = Proteins | volume = 82 | issue = 12 | pages = 3312–26 | date = Decemberdecembar 2014 | pmid = 25204743 | doi = 10.1002/prot.24683 }}</ref> Raspored molekula vode oko hidrofobne regije povećava red u sistemu i stoga doprinosi negativnoj promjeni entropije (manje entropije u sistemu). Molekule vode su fiksirane u tim vodenim kavezima koji pokreću [[hidrofobni kolaps]] ili savijanje hidrofobnih grupa prema unutra. Hidrofobni kolaps uvodi entropiju u sistem, razbijanjem vodenih kaveza čime se oslobađaju uređene vodene molekule.<ref name= "Voet_2016"/> Mnoštvo hidrofobnih grupa koje međusobno djeluju u jezgri globulasto presavijenog proteina doprinosi značajno stabilnosti proteina nakon presavijanja, zbog izuzetno akumuliranih van der Waalsovih sila (konkretno [[Londonska disperzijska sila | Londonske disperzijske sile]]).<ref name="Voet_2016"/> Kao pokretač sila u termodinamici [[hidrofobni efekt]] postoji samo ako postoji vodeni medij sa [[amfifilnost|amfifilnom]] molekulom sa velikim hidrofobnim područjem.<ref>{{cite journal | vauthors = Tanford C | title = The hydrophobic effect and the organization of living matter | journal = Science | volume = 200 | issue = 4345 | pages = 1012–8 | date = Junejuni 1978 | pmid = 653353 | doi = 10.1126/science.653353 | bibcode = 1978Sci...200.1012T }}</ref> Snaga vodikovih veza ovisi o njihovoj okolini; prema tome, H-veze obavijene hidrofobnom jezgrom doprinose stabilnosti matičnog stanja više od H-veza izloženih vodenom.<ref name="Deechongkit">{{cite journal | vauthors = Deechongkit S, Nguyen H, Powers ET, Dawson PE, Gruebele M, Kelly JW | title = Context-dependent contributions of backbone hydrogen bonding to beta-sheet folding energetics | journal = Nature | volume = 430 | issue = 6995 | pages = 101–5 | date = Julyjuli 2004 | pmid = 15229605 | doi = 10.1038/nature02611 | bibcode = 2004Natur.430..101D}}</ref>

U proteinima sa globulastim naborima, hidrofobne aminokiseline imaju sklonost za prošaranost duž primarne sekvence, a ne nasumično raspoređene ili skupljene zajedno.<ref>{{cite journal |last1=Irbäck |first1=Anders |last2=Sandelin |first2=Erik |title=On Hydrophobicity Correlations in Protein Chains |journal=Biophysical Journal |date=Novembernovembar 2000 |volume=79 |issue=5 |pages=2252–2258 |doi=10.1016/S0006-3495(00)76472-1|pmid=11053106 |pmc=1301114 |arxiv=cond-mat/0010390 |bibcode=2000BpJ....79.2252I }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Irbäck |first1=A. |last2=Peterson |first2=C. |last3=Potthast |first3=F. |title=Evidence for nonrandom hydrophobicity structures in protein chains. |journal=Proceedings of the National Academy of Sciences |date=3. September9. 1996 |volume=93 |issue=18 |pages=9533–9538 |doi=10.1073/pnas.93.18.9533|pmid=8790365 |pmc=38463 |arxiv=chem-ph/9512004 |bibcode=1996PNAS...93.9533I }}</ref> Međutim, proteini koji su nedavno nastali ''[[de novo]]'', koji imaju tendenciju da budu [[suštinski poremećeni proteini | suštinski poremećeni]],<ref>{{cite journal |last1=Wilson |first1=Benjamin A. |last2=Foy |first2=Scott G. |last3=Neme |first3=Rafik |last4=Masel |first4=Joanna |title=Young genes are highly disordered as predicted by the preadaptation hypothesis of de novo gene birth |journal=Nature Ecology & Evolution |date=24. April4. 2017 |volume=1 |issue=6 |pages=0146–146 |doi=10.1038/s41559-017-0146|pmc=5476217 |pmid=28642936}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Willis |first1=Sara |last2=Masel |first2=Joanna |title=Gene Birth Contributes to Structural Disorder Encoded by Overlapping Genes |journal=Genetics |date=Septemberseptembar 2018 |volume=210 |issue=1 |pages=303–313 |doi=10.1534/genetics.118.301249 |pmid=30026186 |pmc=6116962}}</ref> ispoljavaju suprotan obrazac hidrofobnog grupiranja aminokiselina duž primarne sekvence.<ref>{{cite journal |last1=Foy |first1=Scott G. |last2=Wilson |first2=Benjamin A. |last3=Bertram |first3=Jason |last4=Cordes |first4=Matthew H. J. |last5=Masel |first5=Joanna |title=A Shift in Aggregation Avoidance Strategy Marks a Long-Term Direction to Protein Evolution |journal=Genetics |date=Aprilapril 2019 |volume=211 |issue=4 |pages=1345–1355 |doi=10.1534/genetics.118.301719 |pmid=30692195 |pmc=6456324}}</ref>

Molekule [[Šaperon (protein) |šaperona]] su klasa proteina koji pomažu u pravilnom savijanju ostalih proteina ''[[in vivo]]''. Postoje u svim ćelijskim odjeljcima i u interakciji su s polipeptidnim lancima, kako bi omogućili stvaranje prirodne trodimenzijske konformacije proteina; međutim, sami šaperoni nisu uključeni u konačnu strukturu proteina kojem pomažu.<ref name="Dobson_2003"/> Šaperoni mogu pomoći u presavijanju čak i kada [[ribosom]] sintetizira novonastajući polipeptid.<ref name=" Hartl_1996"/> Molekulski šaperoni djeluju vezanjem, tako da stabiliziraju inače nestabilnu strukturu proteina u procesu presavijanja, ali šaperoni ne sadrže potrebne informacije da bi se znala tačna prirodna struktura proteina kojem pomažu. Oni su prije pratitelji koji djeluju sprečavanjem netačnih konformacija presavijanja.<ref name="Hartl_1996">{{cite journal | vauthors = Hartl FU | title = Molecular chaperones in cellular protein folding | journal = Nature | volume = 381 | issue = 6583 | pages = 571–9 | date = Junejuni 1996 | pmid = 8637592 | doi = 10.1038/381571a0 | bibcode = 1996Natur.381..571H}}</ref> Na taj način, oni zapravo ne povećavaju brzinu pojedinačnih koraka uključenih u preklopni put prema prirodnoj strukturi; umjesto toga, oni djeluju smanjenjem mogućih neželjenih nakupina polipeptidnog lanca koji bi inače mogli usporiti potragu za odgovarajućim međuproduktom i pružaju efikasniji put da polipeptidni lanac oblikuje ispravne konformacije.<ref name="Dobson_2003"/> Šaperone ne treba zamijeniti sa sklopivim katalizatorima, koji zapravo kataliziraju inače spore korake na preklopnom putu. Primjeri sklopivih katalizatora su izomeraze [[protein-disulfid]]a i peptidil-prolil-[[izomeraza]], koje mogu biti uključene u stvaranje disulfidnih veza ili međusobnu konverziju između cis– i trans-stereoizomera.<ref name="Hartl_1996"/> Šaperoni su pokazali kritičnost u procesu presavijanja proteina ''[[in vivo]]'', jer im pružaju pomoć potrebnu za postizanje odgovarajućih poravnanja i konformacija dovoljno efikasno da postanu "biološki relevantni".<ref name="Hartl_2011">{{cite journal | vauthors = Hartl FU, Bracher A, Hayer-Hartl M | title = Molecular chaperones in protein folding and proteostasis | journal = Nature | volume = 475 | issue = 7356 | pages = 324–32 | date = Julyjuli 2011 | pmid = 21776078 | doi = 10.1038/nature10317 }}</ref> To znači da bi se polipeptidni lanac teorijski mogao presaviti u svoju prirodnu strukturu i bez pomoći šaperona, kao što su pokazali eksperimenti presavijanja proteina provedeni ''[[in vitro]]'';<ref name= "Hartl_2011"/> ali ovaj postupak je previše neučinkovit ili prespor da bi postojao u biološkim sistemima. Zato su šaperoni neophodni za savijanje proteina ''in vivo''. Zajedno sa njihovom ulogom u pomaganju formiranju prirodne strukture, sudjeluju i u različitim ulogama kao što su transport proteina, razgradnja i čak dopuštaju [[Denaturacija (biohemija)|denaturiranim proteinima]] izloženim određenim vanjskim faktorima denaturacije priliku da se ponovo ugrade u ispravne nativne.<ref>{{cite journal | vauthors = Kim YE, Hipp MS, Bracher A, Hayer-Hartl M, Hartl FU | title = Molecular chaperone functions in protein folding and proteostasis | journal = Annual Review of Biochemistry | volume = 82 | pages = 323–55 | year = 2013 | pmid = 23746257 | doi = 10.1146/annurev-biochem-060208-092442}}</ref>

Potpuno denaturiranom proteinu nedostaje i tercijarna i sekundarna struktura, a postoji kao takozvana [[slučajna zavojnica]]. Pod određenim uvjetima, neki se proteini mogu ponovo presaviti; međutim, u mnogim slučajevima denaturacija je nepovratna.<ref name="Shortle">{{cite journal | vauthors = Shortle D | title = The denatured state (the other half of the folding equation) and its role in protein stability | journal = FASEB Journal | volume = 10 | issue = 1 | pages = 27–34 | date = Januaryjanuar 1996 | pmid = 8566543 | doi = 10.1096/fasebj.10.1.8566543 }}</ref> Ćelije ponekad štite svoje proteine od denaturacijskog uticaja toplote, pomoću [[enzim]]a, poznatih kao [[protein toplotnog šoka|proteini topčotnog šoka]] (tip šaperona), koji pomažu ostalim proteinima i u presavijanju i u zaoslalom presavijanju. [[Protein toplotnog šoka|Proteini toplotnog šoka]] pronađeni su u svih ispitivanih vrsta, od [[bakterija]] do ljudi, što sugerira da su se razvili vrlo rano i imaju važnu funkciju. Neki proteini se nikad ne presavijaju u ćelijama, osim uz pomoć šaperona, koji ili izoliraju pojedinačne proteine, tako da njihovo savijanje ne prekida interakcija s drugim proteinima, ili pomažu u odmotavanju pogrešno sklopljenih proteina, omogućavajući im da se presaviju u ispravnu prirodnu strukturu.<ref name="Lee_2005">{{cite journal | vauthors = Lee S, Tsai FT | title = Molecular chaperones in protein quality control | journal = Journal of Biochemistry and Molecular Biology | volume = 38 | issue = 3 | pages = 259–65 | year = 2005 | pmid = 15943899 | doi = 10.5483/BMBRep.2005.38.3.259 | doi-access = free }}</ref> Ova funkcija je presudna za sprečavanje rizika od [[precipitacija (hemija) |precipitacije]] u netopive amorfne agregate. Vanjski faktori koji su uključeni u denaturaciju proteina ili poremećaj izvornog stanja uključuju temperaturu, vanjska polja (električna, magnetna),<ref name="ojeda">{{cite journal | vauthors = Ojeda-May P, Garcia ME | title = Electric field-driven disruption of a native beta-sheet protein conformation and generation of a helix-structure | journal = Biophysical Journal | volume = 99 | issue = 2 | pages = 595–9 | date = Julyjuli 2010 | pmid = 20643079 | pmc = 2905109 | doi = 10.1016/j.bpj.2010.04.040 | bibcode = 2010BpJ....99..595O }}</ref> molecular crowding,<ref name="berg">{{cite journal | vauthors = van den Berg B, Ellis RJ, Dobson CM | title = Effects of macromolecular crowding on protein folding and aggregation | journal = The EMBO Journal | volume = 18 | issue = 24 | pages = 6927–33 | date = Decemberdecembar 1999 | pmid = 10601015 | pmc = 1171756 | doi = 10.1093/emboj/18.24.6927 }}</ref> pa čak i ograničenje prostora (tj. zatvorenost), što može imati veliki uticaj na presavijanje proteina.<ref>{{cite journal | vauthors = Ellis RJ | title = Molecular chaperones: assisting assembly in addition to folding | journal = Trends in Biochemical Sciences | volume = 31 | issue = 7 | pages = 395–401 | date = Julyjuli 2006 | pmid = 16716593 | doi = 10.1016/j.tibs.2006.05.001 }}</ref> Denaturaciji proteina također oogu doprinositi i visoke koncentracije [[rastvor|rastvorene supstance]], ekstremi [[pH]], mehaničke sile i prisustvo hemijskih denaturanata. Ovi pojedinačni faktori kategorizirani su zajedno kao stresni. Pokazalo se da tokom ćelijskog stresa šaperoni javljaju u sve većim koncentracijama i pomažu pravilnom presavijanju novih proteina, kao i denaturiranih ili pogrešno savijenih.<ref name="Dobson_2003"/>

Pod nekim uslovima, proteini se neće saviti u svoje biohemijski djelotvorne forme. Temperature iznad ili ispod opsega u kojem ćelije mogu da žive uzrokovaće da nastaju [[termostabilnost|termički nestabilni]] proteini ili denaturiraju (zbog toga ključalo [[bjelančevina|bjelance]] postaje neprozirno). Termička stabilnost proteina, međutim, nije daleko od konstantne; naprimjer, pronađeni su [[hipertermofil| hipertermofilne bakterije]] koji rastu na temperaturama visokim oko 122&nbsp;°C,<ref>{{cite journal | vauthors = Takai K, Nakamura K, Toki T, Tsunogai U, Miyazaki M, Miyazaki J, Hirayama H, Nakagawa S, Nunoura T, Horikoshi K | title = Cell proliferation at 122 degrees C and isotopically heavy CH4 production by a hyperthermophilic methanogen under high-pressure cultivation | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 105 | issue = 31 | pages = 10949–54 | date = Augustaugust 2008 | pmid = 18664583 | pmc = 2490668 | doi = 10.1073/pnas.0712334105 | bibcode = 2008PNAS..10510949T }}</ref> što naravno zahtijeva da njihov puni komplement vitalnih proteina i proteinskih sklopova bude stabilan na toj ili višoj temperaturi.

Bakterija ''[[Escherichia coli|E. coli]]'' je domaćin za [[Escherichia virus T4 | bakteriofag T4]], a i gp31 protein kodiran s fagom funkcijski homologan sa [[šaperon (protein) |šaperonskim proteinom [[GroES]] ''E. coli'' i sposoban jeda ga nadomesti u sastavu čestica bakteriofaga T4 [[virus]]a tokom infekcije.<ref name = Marusich1998>Marusich EI, Kurochkina LP, Mesyanzhinov VV. Chaperones in bacteriophage T4 assembly. Biochemistry (Mosc). 1998;63(4):399-406</ref> Poput GroES, gp31 tvori stabilni kompleks s [[GroEL]] šaperoninom koji je prijeko potreban za presavijanje i ''[[in vivo]]'' savijanje glavnog kapsidnog proteina [[bakteriofag]]a T4 gp23.<ref name = Marusich1998/>

Smatra se da je protein pogrešno savijen ako ne može postići normalno prirodno stanje. To može biti posljedica [[mutacija]] gena za aminokiselinske sekvence ili poremećaja normalnog procesa presavijanja, djelovanjem vanjskih faktora.<ref name= "Chaudhuri_2006"/> Pogrešno sklopljeni protein obično sadrži [[Beta-list|β-listove]] koji su organizirani u supramolekulskom rasporedu poznatom kao kros-β struktura. Ovi sklopovi bogati β-listovima vrlo su stabilni, netopivi i uglavnom su otporni na proteolizu (razlaganje).<ref name="Soto_2006">{{cite journal | vauthors = Soto C, Estrada L, Castilla J | title = Amyloids, prions and the inherent infectious nature of misfolded protein aggregates | journal = Trends in Biochemical Sciences | volume = 31 | issue = 3 | pages = 150–5 | date = Marchmart 2006 | pmid = 16473510 | doi = 10.1016/j.tibs.2006.01.002 }}</ref> Strukturna stabilnost ovih nitasatih sklopova prouzrokovana je intenzivnim interakcijama između proteinskih monomera, formiranih okosničnim vodikovim vezama između njihovih β-lanaca.<ref name = "Soto_2006"/> Pogrešno savijanje proteina može podstaknuti daljnje pogrešno savijanje i nakupljanje drugih proteini u agregate ili oligomere. Povećani nivoi agregiranih proteina u ćeliji dovode do stvaranja [[amiloid]]a, sličnih struktura koje mogu prouzrokovati degenerativne poremećaje i [[apoptoza|ćelijsku smrt]].<ref name="Chaudhuri_2006">{{cite journal | vauthors = Chaudhuri TK, Paul S | title = Protein-misfolding diseases and chaperone-based therapeutic approaches | journal = The FEBS Journal | volume = 273 | issue = 7 | pages = 1331–49 | date = Aprilapril 2006 | pmid = 16689923 | doi = 10.1111/j.1742-4658.2006.05181.x }}</ref> Amiloidi su nitaste strukture koje sadrže međumolekulske vodikove veze, visoko netopive i izrađene od konvertiranih proteinskih agregata.<ref name="Chaudhuri_2006"/> Stoga, proteosomski put možda neće biti dovoljno efikasan da razgradi pogrešno savijene proteine prije agregacije. Pogrešno sklopljeni proteini mogu međusobno komunicirati i stvarati strukturirane agregate i u međumolekulskm interakcijama sticati toksičnost.<ref name= "Chaudhuri_2006"/>

Agregirani proteini povezani su sa [[prion]]ima srodnim bolestima kao što su [[Creutzfeldt – Jakobova bolest]], [[goveđa spongiformna encefalopatija]] (bolest ludih krava), a [[amiloid]]ima povezane bolesti kao što je [[Alzheimerova bolest]] i [[porodična amiloidna kardiomiopatija]] ili [[Porodična amiloidna polineuropatija |polineuropatija]],<ref name="pmid12560553">{{cite journal | vauthors = Hammarström P, Wiseman RL, Powers ET, Kelly JW | title = Prevention of transthyretin amyloid disease by changing protein misfolding energetics | journal = Science | volume = 299 | issue = 5607 | pages = 713–6 | date = Januaryjanuar 2003 | pmid = 12560553 | doi = 10.1126/science.1079589 | bibcode = 2003Sci...299..713H}}</ref> kao i bolesti unutarćelijske agregacije kao što su [[Huntingtonova bolest|Hungtingtonova]] i [[Parkinsonova bolest]].<ref name="Selkoe:03" /><ref name="ChitiDobson">{{cite journal | vauthors = Chiti F, Dobson CM | title = Protein misfolding, functional amyloid, and human disease | journal = Annual Review of Biochemistry | volume = 75 | pages = 333–66 | year = 2006 | pmid = 16756495 | doi = 10.1146/annurev.biochem.75.101304.123901 }}</ref> Ove degenerativne bolesti koje se javljaju u starosti povezane su s agregacijom pogrešno sklopljenih proteina u netopive, vanćelijske agregate i / ili unutarćelijske inkluzije, uključujući unakrsne β [[amiloid]]ne [[fibrila|fibrile]]. Nije potpuno jasno jesu li agregati uzrok ili samo odraz gubitka [[homeostaza|homeostaze]] proteina, ravnoteže između sinteze, presavijanja, agregacije i prometa proteina. Nedavno je [[Evropska agencija za lijekove]] odobrila upotrebu [[Tafamidis]] ili Vyndaqel-a (kinetičkog stabilizatora tetramernog transtiretina) za liječenje transtiretinskih amiloidnih bolesti. To sugerira da proces stvaranja amiloidnih fibrila (a ne samih fibrila) uzrokuje degeneraciju postmitotskog tkiva kod ljudskih amiloidnih bolesti..<ref name="pmid16359163">{{cite journal | vauthors = Johnson SM, Wiseman RL, Sekijima Y, Green NS, Adamski-Werner SL, Kelly JW | title = Native state kinetic stabilization as a strategy to ameliorate protein misfolding diseases: a focus on the transthyretin amyloidoses | journal = Accounts of Chemical Research | volume = 38 | issue = 12 | pages = 911–21 | date = Decemberdecembar 2005 | pmid = 16359163 | doi = 10.1021/ar020073i }}</ref> Pogrešno savijanje i prekomjerna degradacija umjesto savijanja i funkcije dovodi do brojnih [[proteopatija]] i bolesti kao što su [[antitripsin]]ski–povezani [[emfizem]], [[cistična fibroza]] i [[lizosomska bolest skladištenja]], gdje je gubitak funkcije posljedica poremećaja. Iako se proteinska nadomjesna terapija u prošlosti koristila za ispravljanje potonjih poremećaja, novi pristup je upotreba [[farmaceutski pratiteljfarmaceutskih pratitelja]] za preklapanje mutiranih proteina kako bi postali dječotvorni.

Iako se zaključci o presavijanju proteina mogu donijeti putem [[analiza Phi vrijednosti | studije mutacija]], obično se eksperimentalne tehnike za proučavanje presavijanja proteina oslanjaju na [[Ravnoteža odvijanja|odvijanje]] ili savijanje proteina i posmatranje konformacijskih promjena, koristeći standard nekristalografskih.

[[Rendgenska kristalografija]] jedna je od efikasnijih i važnijih metoda za pokušaj dešifriranja trodimenzijske konfiguracije presavijenog proteina.<ref name="Cowtan_2001">{{cite encyclopedia | url = http://people.bu.edu/mfk/restricted566/phaseproblem.pdf | title = Phase Problem in X-ray Crystallography, and Its Solution | last = Cowtan | first = Kevin| date = 2001 | encyclopedia = Encyclopedia of Life Sciences |publisher=Macmillan Publishers Ltd, Nature Publishing Group|accessdate=November 3,. 11. 2016}}</ref> Da bi se mogla provesti rendgenska kristalografija, protein koji se ispituje mora biti smješten unutar kristalne rešetke. Da bi se smjestio unutar kristalne rešetke, mora se imati prikladni rastvarač za kristalizaciju, dobiti čisti protein na prezasićenom nivou u otopini i taložiti kristale u rastvoru.<ref>{{cite book | url=https://books.google.com/books?id=Jobr7svN0IIC&pg=PR5 |title = Principles of Protein X-Ray Crystallography | last = Drenth | first = Jan| date = 5. 4. 2007-04-05 | publisher = Springer Science & Business Media | isbn = 978-0-387-33746-3}}</ref> Kada se protein kristalizira, rendgenske zrake mogu se koncentrirati kroz kristalnu rešetku, koja bi difraktirala zrake ili ih uputila prema van u različitim smjerovima. Ovi izlazni snopovi povezani su sa specifičnom trodimenzijskom konfiguracijom proteina koji je zatvoren u njima. [[X-zrake]] specifično komuniciraju s elektronskim oblacima koji okružuju pojedine atome unutar rešetkaste kristalne strukture i stvaraju uočljivi obrazac difrakcije.<ref name="Fersht_1999">{{cite book |url=https://books.google.com/books?id=QdpZz_ahA5UC&pg=PR20 |title=Structure and Mechanism in Protein Science: A Guide to Enzyme Catalysis and Protein Folding | last = Fersht | first = Alan|date = 1999 | publisher = Macmillan | isbn = 978-0-7167-3268-6}}</ref> Ovaj obrazac može se pročitati i dovesti do pretpostavki o uključenim fazama ili faznim uglovima (koji kompliciraju ovaj metod), samo povezivanjem oblaka elektronske gustine sa amplitudom rendgenskih zraka.<ref>{{cite journal |doi=10.1107/S0907444903017815 |title=The phase problem |journal=Acta Crystallographica Section D |volume=59 |issue=11 |pages=1881–90 |year=2003 |last1=Taylor |first1=Garry|pmid=14573942 |doi-access=free}}</ref> Bez relacije uspostavljene putem matematičke osnove poznate kao [[Fourierova transformacija]], "fazni problem" učinio bi predviđanje difrakcionih obrazaca vrlo teškim. Novi metodi, kao što je [[višestruka izomorfna zamjena]], za difrakciju rendgenskih zraka na predvidljiviji način, koriste prisustvo iona teškog metala, smanjujući broj uključenih varijabli i rješavajući fazni problem.

Fluorescentna spektroskopija može se koristiti za karakterizaciju [[ravnoteža nesavijanja|ravnoteže nesavijanja]] proteina, mjerenjem varijacije u intenzitetu emisije fluorescencije ili u talasnoj dužini maksimalne emisije u funkciji vrijednosti.<ref name="pmid=26607240">{{cite journal | vauthors = Bedouelle H | title = Principles and equations for measuring and interpreting protein stability: From monomer to tetramer | journal = Biochimie | volume = 121 | pages = 29–37 | date = Februaryfebruar 2016 | pmid = 26607240 | doi = 10.1016/j.biochi.2015.11.013 }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Monsellier E, Bedouelle H | title = Quantitative measurement of protein stability from unfolding equilibria monitored with the fluorescence maximum wavelength | journal = Protein Engineering, Design & Selection | volume = 18 | issue = 9 | pages = 445–56 | date = Septemberseptembar 2005 | pmid = 16087653 | doi = 10.1093/protein/gzi046 | doi-access = free }}</ref> Denaturant može biti hemijska molekula ([[urea]], [[gvanidinij-hidroklorid]]), temperatura, pH, pritisak itd. Ravnoteža između različitih, ali diskretnih proteinskih stanja, tj. prirodno stanje, intrmedijarna stanja, stanje nesavijenosti, ovise o vrijednosti denaturanta; stoga i globalni signal fluorescencije ravnotežne njihove smjese također ovise o ovoj vrijednosti. Tako se dobija profil vezan za globalni signal proteina za vrijednost denaturanta. Profil ravnotežnog odvijanja može omogućiti otkrivanje i identificiranje neodvijajućih međuprodukata.<ref>{{cite journal | vauthors = Park YC, Bedouelle H | title = Dimeric tyrosyl-tRNA synthetase from Bacillus stearothermophilus unfolds through a monomeric intermediate. A quantitative analysis under equilibrium conditions | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 273 | issue = 29 | pages = 18052–9 | date = Julyjuli 1998 | pmid = 9660761 | doi = 10.1074/jbc.273.29.18052 | doi-access = free }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Ould-Abeih MB, Petit-Topin I, Zidane N, Baron B, Bedouelle H | title = Multiple folding states and disorder of ribosomal protein SA, a membrane receptor for laminin, anticarcinogens, and pathogens | journal = Biochemistry | volume = 51 | issue = 24 | pages = 4807–21 | date = Junejuni 2012 | pmid = 22640394 | doi = 10.1021/bi300335r}}</ref> Hugues Bedouelle razvio je opće jednadžbe da iz takvih profila dobije termodinamičke parametre koji karakteriziraju odvijajuće ravnoteže homomernih ili heteromernih proteina, do trimera i potencijalno tetramera. Fluorescentna spektroskopija u kombinaciji s uređajima za brzo miješanje, kao što je [[zaustavljeni protok]], za mjerenje kinetike savijanja proteina<ref>{{cite journal | vauthors = Royer CA | title = Probing protein folding and conformational transitions with fluorescence | journal = Chemical Reviews | volume = 106 | issue = 5 | pages = 1769–84 | date = Maymaj 2006 | pmid = 16683754 | doi = 10.1021/cr0404390 }}</ref> generiran je [[ševronski plot]] i izvedena [[Phi vrijednost analize]].

[[Kružni dihroizam]] jedan je od najopćijih i osnovnih alata za proučavanje presavijanja proteina. Njegova spektroskopija mjeri apsorpciju [[kružna polarizacija | kružno polarizirane svetlosti]]. U proteinima su strukture, kao što su [[alfa-heliks]]i i [[beta-list]]ovi hiralne, te tako apsorbiraju takvu svjetlost. Apsorpcija ove svjetlosti djeluje kao marker stepena nabranosti proteinskog ansambla. Ova tehnika koristi se za mjerenje [[ravnoteža neodvijanja|ravnoteže neodvijanja]] proteina, mjerenjem promjene u ovoj apsorpciji, u ovisnosti o koncentraciji denaturanta ili [[temperatura]]. Rastopljena masa za denaturaciju mjeri [[termodinamička slobodna energija|oslobođenu energiju]] odvijanja, kao i vrijednost m proteina ili ovisnost o denaturantu. Tališna [[temperatura]] mjeri [[srednja tačka denaturacije| temperaturu denaturacije]] (Tm) proteina. Što se tiče fluorescentne spektroskopije, spektroskopija kružnog dihroizma može se kombinirati s brzim uređajima za mješanje, kao što je [[zaustavljeni protok]] za merenje [[Hemijska kinetika | kinetike]] presavijanja proteina i za generiranje [[ševron plot]]ova.

Noviji razvoj tehnika [[vibracijski kružni dihroizam|vibracijskog kružnog dihroizma]] (VCD) za proteine, koji sada uključuju instrumente [[Fourierova transformacija|Fourierove transformacije]] (FT), pružaju moćna sredstva za određivanje konformacija proteina u rastvoru, čak i za njihove vrlo velike molekule. Takve VCD studije proteina često se kombiniraju s [[difrakcija rendgenskih zraka|difrakcijom rendgenskih zraka]] proteinskih kristala, [[FT-IR]] podacima za proteinske rastvore u teškoj vodi (D₂O) ili ''ab initio'' kvantna izračunavanja za pružanje nedvosmislenih strukturnih zadataka koji su nedostupni prema [[Kružni dihroizam| CD]].

Savijaanje proteina rutinski se proučava pomoću [[NMR spektroskopija| NMR spektroskopije]], naprimjer praćenjem protona [[izmjena vodik-deuterij|izmjene vodik-deuterijskih]] amidnih protona proteina u njihovom izvornom stanju, što osigurava stabilnost specifičnu za ostatke i ukupnu stabilnost proteina.<ref>Beatrice M.P. Huyghues-Despointes, C. Nick Pace, S. Walter Englander, and J. Martin Scholtz. "Measuring the Conformational Stability of a Protein by Hydrogen Exchange." Methods in Molecular Biology. Kenneth P. Murphy Ed. Humana Press, Totowa, New Jersey, 2001. pp. 69–92</ref>

[[Dvopolarizacijska interferometrija]] je površinska tehnika za mjerenje optičkih svojstava molekulaskih slojeva. Kada se koristi za karakteriziranje nabora proteina, mjeri njihovu [[konformacija proteina | konformaciju]] određivanjem ukupne veličine jednoslojnog proteina i njegove gustoće u stvarnom vremenu pri subangstremskoj razlučivosti,<ref name="CrossFreeman2008">{{cite book |doi=10.1002/9780470061565.hbb055 |chapter=Dual Polarization Interferometry: A Real-Time Optical Technique for Measuring (Bio)molecular Orientation, Structure and Function at the Solid/Liquid Interface |title=Handbook of Biosensors and Biochips |year=2008 |last1=Cross |first1=Graham H. |last2=Freeman |first2=Neville J. |last3=Swann |first3=Marcus J.|isbn=978-0-470-01905-4 }}</ref> iako su mjerenja kinetike savijanja proteina u stvarnom vremenu ograničena na procese koji se odvijaju sporije od ~ 10&nbsp;Hz. Slično [[kružni dihroizam|kružnom dihroizmu]], podsticaj za presavijanje može pokrenuti denaturant ili [[temperatura]].

Studije presavijanja proteina uveliko su napredovale posljednjih godina, razvojem brzih tehnika s vremenskim rješavanjem. Eksperimentatori brzo pokreću presavijanje uzorka nesavijenog proteina i promatraju rezultirajuću [[dinamika proteina|dinamiku]]. Brze tehnike koje se koriste uključuju [[raspršivanje neutrona]],<ref name="Callaway">{{cite journal | vauthors = Bu Z, Cook J, Callaway DJ | title = Dynamic regimes and correlated structural dynamics in native and denatured alpha-lactalbumin | journal = Journal of Molecular Biology | volume = 312 | issue = 4 | pages = 865–73 | date = Septemberseptembar 2001 | pmid = 11575938 | doi = 10.1006/jmbi.2001.5006 }}</ref> ultrabrzo miješanje rastvora, fotohemijske metode i [[temperaturni skok |spektroskopiju laserskog skoka temperature]]. Među mnogim naučnicima koji su pridonijeli razvoju ovih tehnika su Jeremy Cook, Heinrich Roder, [[Harry Gray]], [[Martin Gruebele]], Brian Dyer, William Eaton, [[Sheena Radford ]], [[Chris Dobson]], [[Alan Fersht]], [[Bengt Nölting]] i Lars Konermann.

[[Proteoliza]] je rutinski postupak koju se koristi za ispitivanje frakcije koja se odvijala u širokom rasponu uvjeta rastvora (npr. [[brza paralelna proteoliza (FASTpp]].<ref name="Minde">{{cite journal | vauthors = Minde DP, Maurice MM, Rüdiger SG | title = Determining biophysical protein stability in lysates by a fast proteolysis assay, FASTpp | journal = PLOS ONE | volume = 7 | issue = 10 | pages = e46147 | year = 2012 | pmid = 23056252 | pmc = 3463568 | doi = 10.1371/journal.pone.0046147 | bibcode = 2012PLoSO...746147M }}</ref><ref name="Park">{{cite journal | vauthors = Park C, Marqusee S | title = Pulse proteolysis: a simple method for quantitative determination of protein stability and ligand binding | journal = Nature Methods | volume = 2 | issue = 3 | pages = 207–12 | date = Marchmart 2005 | pmid = 15782190 | doi = 10.1038/nmeth740 }}</ref>

Tehnike pojedinačnih molekula poput optičke pincete i AFM, korištene su za razumijevanje mehanizama presavijanja izoliranih proteina kao i proteina s šaperonima.<ref name="pmid24001118">{{cite journal | vauthors = Mashaghi A, Kramer G, Lamb DC, Mayer MP, Tans SJ | title = Chaperone action at the single-molecule level | journal = Chemical Reviews | volume = 114 | issue = 1 | pages = 660–76 | date = Januaryjanuar 2014 | pmid = 24001118 | doi = 10.1021/cr400326k}}</ref> [[Optička pinceta]] korištena je za istezanje pojedinačnih proteinskih molekula sa njihovih nesavijenih [[C-kraj|C–]] i [[N-kraj]]eva, kako bi se omogućilo proučavanje naknadnog resavijanja.<ref>{{cite journal | vauthors = Jagannathan B, Marqusee S | title = Protein folding and unfolding under force | journal = Biopolymers | volume = 99 | issue = 11 | pages = 860–9 | date = Novembernovembar 2013 | pmid = 23784721 | pmc = 4065244 | doi = 10.1002/bip.22321}}</ref> Tehnika omogućuje mjerenje brzine savijanja na razini jedne molekule; naprimjer, optička pinceta nedavno je primijenjena za proučavanje presavijanja i odvijanja proteina koji sudjeluju u koagulaciji krvi. Ključnu ulogu u procesu stvaranja krvnih ugrušaka ima protein zvani [[von Willebrandov faktor]]. Otkrilo se – pomoću mjerenja optičkom pincetom s jednom molekulom – da vWF vezan za kalcij djeluje kao senzor smicajuće sile u krvi. Sila smicanja dovodi do odvijanja A2 domena vWF, čija se brzina ponovnog savijanja dramatično povećava u prisutnosti kalcija.<ref>{{cite journal | vauthors = Jakobi AJ, Mashaghi A, Tans SJ, Huizinga EG | title = Calcium modulates force sensing by the von Willebrand factor A2 domain | journal = Nature Communications | volume = 2 | pages = 385 | date = Julyjuli 2011 | pmid = 21750539 | pmc = 3144584 | doi = 10.1038/ncomms1385 | bibcode = 2011NatCo...2..385J}}</ref> Nedavno je također pokazano da jednostavni src SH3 domen pristupa sa multiplim putevima odvijanja pod silom.<ref>{{cite journal | vauthors = Jagannathan B, Elms PJ, Bustamante C, Marqusee S | title = Direct observation of a force-induced switch in the anisotropic mechanical unfolding pathway of a protein | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 109 | issue = 44 | pages = 17820–5 | date = Octoberoktobar 2012 | pmid = 22949695 | pmc = 3497811 | doi = 10.1073/pnas.1201800109 | bibcode = 2012PNAS..10917820J}}</ref>

Računarske studije presavijanja proteina uključuju tri glavna aspekta koja se odnose na predviđanje stabilnosti proteina, kinetiku i strukturu. Nedavni pregled sažima dostupne računarske metode za savijanje proteina.<ref>{{cite journal | vauthors = Compiani M, Capriotti E | title = Computational and theoretical methods for protein folding | journal = Biochemistry | volume = 52 | issue = 48 | pages = 8601–24 | date = Decemberdecembar 2013 | pmid = 24187909 | doi = 10.1021/bi4001529 }}</ref>

U 1969., Cyrus Levinthal primijetio je da, zbog vrlo velikog broja stepeni slobode u nesavijenom polipeptidnom lancu, molekula ima astronomski broj mogućih konformacija. U jednom od njegovih radova, to je procijenjeno na 3³⁰⁰ ili 10¹⁴³.<ref>{{Cite web|url=https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Proteins/Protein_Folding#The_Levinthal_Paradox|title=Structural Biochemistry/Proteins/Protein Folding - Wikibooks, open books for an open world|website=en.wikibooks.org|accessdate=2016-5. 11-05. 2016}}</ref> [[Levinthalov paradoks]] je eksperiment zasnovan na zapažanju da bi, ako bi se protein savio uzastopnim uzimanjem uzoraka svih mogućih konformacija, za to bilo potrebno astronomsko vrijeme, čak i ako bi se konformacije prikupljale najvećom brzinom. (na skali [[nanosekunda|nanosekundi]] ili [[pikosekunda|piksosekundi]].<ref>{{cite journal | last = Levinthal | first = Cyrus| year = 1968 | title = Are there pathways for protein folding? | url = http://www.biochem.wisc.edu/courses/biochem704/Reading/Levinthal1968.pdf | journal = Journal de Chimie Physique et de Physico-Chimie Biologique | volume = 65 | pages = 44–45 | archiveurl = https://web.archive.org/web/20090902211239/http://www.biochem.wisc.edu/courses/biochem704/Reading/Levinthal1968.pdf | archivedate = 2. 9. 2009-09-02 | doi = 10.1051/jcp/1968650044 | bibcode = 1968JCP....65...44L }}</ref> Na temelju zapažanja da se proteini savijaju mnogo brže od ovoga, Levinthal je tada predložio da se ne događa nasumično konformacijsko pretraživanje, te se protein, prema tome, mora presaviti u nizu metastabilnih [[itermedijarna reakcija|intermedijarnih stanja]].

[[Datoteka:Folding funnel schematic.svg| thumb |286x286px | Energetski lijevak kojim rasklopljeni polipeptidni lanac poprima prirodnu strukturu]]

[[Konfiguracijski prostor (fizika) | Konfiguracijski prostor]] proteina tokom presavijanja može se vizualizirati kao [[energetski pejzaž]]. Prema Josephu Bryngelsonu i [[Peter Wolynes| Peteru Wolynesu]], proteini slijede "princip minimalne frustracije", što znači da su prirodno evoluirani proteini optimizirali svoj energetsko okruženje,<ref name="bryngelson">{{cite journal | vauthors = Bryngelson JD, Onuchic JN, Socci ND, Wolynes PG | title = Funnels, pathways, and the energy landscape of protein folding: a synthesis | journal = Proteins | volume = 21 | issue = 3 | pages = 167–95 | date = Marchmart 1995 | pmid = 7784423 | doi = 10.1002/prot.340210302 | arxiv = chem-ph/9411008}}</ref> i da je [[prirodna selekcija|priroda odabrala]] aminokiselinske sekvence tako da je njihovo savijeno stanje dovoljno stabilno. Pored toga, sticanje presavijenog stanja moralo je postati dovoljno brz proces. Iako je priroda smanjila nivo '' frustracije '' u proteinima, određeni stepen ostao je i do danas, što se može primijetiti u prisustvu lokalnih minimuma u energetskom okruženju proteina.

Posljedica ovih evolucijski odabranih sekvenci je da se općenito smatra da proteini imaju globalno "usmjereni energetski pejzaž" (skovao [[José Onuchic]])<ref>{{cite journal | author1 = Leopold PE | author2 = Montal M | author3 = Onuchic JN| title = Protein folding funnels: a kinetic approach to the sequence-structure relationship | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 89 | issue = 18 | pages = 8721–5 | date = Septemberseptembar 1992 | pmid = 1528885 | pmc = 49992 | doi = 10.1073/pnas.89.18.8721 | bibcode = 1992PNAS...89.8721L}}</ref> koji su u velikoj mjeri usmjereni prema matičnom stanju. Ovaj krajolik "[[lijevak za preklapanje]]" omogućava proteinu da se savije u prirodno stanje, bilo kojim od velikog broja puteva i intermedijara, umjesto da bude ograničen na jedan mehanizam. Teoriju podržavaju i [[rešetkasti protein|računarske simulacije modelnih proteina]] i eksperimentalne studije,<ref name ="bryngelson"/>, a korištena je za poboljšanje metoda za [[predviđanje strukture proteina]] i [[dizajn proteina]].<ref name = "bryngelson"/> Opis presavijanja proteina izravnavanjem okruženja slobodne energije također je u skladu sa [[drugi zakon termodinamike|2. zakonom termodinamike]].<ref>{{cite journal |doi=10.1016/j.physa.2008.12.004 |title=Protein folding as an evolutionary process |journal=Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications | volume = 388 | issue = 6 | pages = 851–62 | year = 2009 | last1 = Sharma | first1 = Vivek | last2 = Kaila | first2 = Ville R.I.| last3 = Annila | first3 = Arto| bibcode = 2009PhyA..388..851S }}</ref> Fizički gledano, razmišljanje o timokruženjima u smislu vizueliziranog potencijala ili ukupnih energetskih površina jednostavno s maksimumima, sedlastim tačkama, minimumima i lijevcima, češće poput geografskih pejzaža, možda je malo zavaravajuće. Relevantni opis zaista je visokodimenziijski fazni prostor u kojem bi mnogostrukosti mogle poprimiti razne složenije topološke oblike.<ref name="Robson_2008">{{cite book |doi=10.1016/S0079-6603(08)00405-4 |pmid=19121702 |chapter=Protein Folding Revisited |title=Molecular Biology of Protein Folding, Part B |volume=84 |pages=161–202 |series=Progress in Molecular Biology and Translational Science |year=2008 |last1=Robson |first1=Barry |last2=Vaithilingam |first2=Andy|isbn=978-0-12-374595-8 }}</ref>

Nesavijeni polipeptidni lanac započinje na vrhu lijevka, gdje e može pretpostaviti najveći broj nerasvijećenih varijacija i u svom je najvišem energetskom stanju. Ovakvi energetski pejzaži ukazuju na to da postoji veliki broj početnih mogućnosti, ali da je moguća samo jedno matično stanje; međutim, ne otkriva brojne moguće puteve savijanja. Različite molekule istog tačnog proteina mogu biti u mogućnosti da prate marginalno različite puteve savijanja, tražeći različite međuprodukte niže energije, sve dok se postigne ista prirodna struktura.<ref name="Dill_2012">{{cite journal | vauthors = Dill KA, MacCallum JL | title = The protein-folding problem, 50 years on | journal = Science | volume = 338 | issue = 6110 | pages = 1042–6 | date = Novembernovembar 2012 | pmid = 23180855 | doi = 10.1126/science.1219021 | bibcode = 2012Sci...338.1042D}}</ref> Različiti putevi mogu imati različite frekvencije upotrebe, ovisno o termodinamičkoj povoljnosti svakog puta. To znači da ako se utvrdi da je jedan put termodinamički povoljniji od drugog, vjerovatno će se češće koristiti u potrazi za prirodnom strukturom.<ref name="Dill_2012"/> Kako se protein počinje savijati i skupljati u različitin konformacijama, uvijek traži termodinamički povoljniju strukturu nego prije i tako nastavlja kroz energetski lijevak. Stvaranje sekundarnih struktura snažan je pokazatelj povećane stabilnosti unutar proteina, a samo će jedna kombinacija sekundarnih struktura koje pretpostavlja okosnica polipeptida imati najmanje energije i stoga će biti prisutna u izvornom stanju proteina.<ref name= "Dill_2012"/> Među prvim strukturama koje se formiraju nakon što se polipeptid počne savijati su [[alfa-heliks]]e i [[beta-list]]ove, pri čemu alfa-heliksi mogu nastati za samo 100 nanosekundi, a beta-listovi za jednu mikrosekundu.<ref name="Dobson_2003">{{cite journal | vauthors = Dobson CM | title = Protein folding and misfolding | journal = Nature | volume = 426 | issue = 6968 | pages = 884–90 | date = Decemberdecembar 2003 | pmid = 14685248 | doi = 10.1038/nature02261 | bibcode = 2003Natur.426..884D}}</ref>

U okruženju energetskog lijevka postoji sedlo u kojem se nalazi prijelazno stanje za određeni protein.<ref name="Dobson_2003"/> Prijelazno stanje u dijagrami lijevka energije je konformacija koju mora pretpostaviti svaka molekula tog protein ako će konačno uspostaviti prirodnu strukturu. Nijedan protein ne može poprimiti takvu strukturu bez prethodnog prolaska kroz prijelazno stanje.<ref name="Dobson_2003"/> Prijelazno stanje može se nazvati varijantom ili preuranjenim oblikom prirodnog stanja, a ne samo još jednim posredničkim korakom.<ref name="Fersht_2000">{{cite journal | vauthors = Fersht AR | title = Transition-state structure as a unifying basis in protein-folding mechanisms: contact order, chain topology, stability, and the extended nucleus mechanism | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 97 | issue = 4 | pages = 1525–9 | date = Februaryfebruar 2000 | pmid = 10677494 | pmc = 26468 | doi = 10.1073/pnas.97.4.1525 | bibcode = 2000PNAS...97.1525F}}</ref> Pokazalo se da je savijanje prijelaznog stanja presudno za određivanje brzine, a iako postoji u višem energetskom stanju od izvornog nabora, u velikoj mjeri nalikuje prirodnoj strukturi. Unutar prijelaznog stanja postoji jezgro oko kojeg se protein može saviti, nastalo na načim koji se naziva "kondenzacija nukleacije", gdje struktura počinje kolabirati na jezgro.<ref name="Fersht_2000"/>

''[[wiktionary: de novo |De novo]]'' ili ''[[ab initio]]'' tehnike za računanjeu predviđanju strukture proteina povezane su, ali se strogo razlikuju od eksperimentalnih studija presavijanja proteina . [[Molekulska dinamika]] (MD) važan je alat za proučavanje presavijanja i dinamike proteina [[in silico]].<ref name="Rizzuti">{{cite journal | vauthors = Rizzuti B, Daggett V | title = Using simulations to provide the framework for experimental protein folding studies | journal = Archives of Biochemistry and Biophysics | volume = 531 | issue = 1–2 | pages = 128–35 | date = Marchmart 2013 | pmid = 23266569 | pmc = 4084838 | doi = 10.1016/j.abb.2012.12.015 }}</ref> Prve simulacije savijanja ravnoteže rađene su pomoću implicitnog modela rastvarača i kišobranastog uzimanja uzoraka.<ref>{{cite journal | vauthors = Schaefer M, Bartels C, Karplus M | title = Solution conformations and thermodynamics of structured peptides: molecular dynamics simulation with an implicit solvation model | journal = Journal of Molecular Biology | volume = 284 | issue = 3 | pages = 835–48 | date = Decemberdecembar 1998 | pmid = 9826519 | doi = 10.1006/jmbi.1998.2172 }}</ref> Zbog računarskih troškova, simulacije presavijanja sa eksplicitnom vodom ''ab initio'' MD, ograničene su na peptide i vrlo male proteine.<ref>{{cite web | url = http://www.cs.ucl.ac.uk/staff/d.jones/t42morph.html | title = Fragment-based Protein Folding Simulations | first = David | last = Jones| publisher = University College London}}</ref><ref>{{cite web | url = http://www.biomolecular-modeling.com/Abalone/Protein-folding.html | title = Protein folding | format = by Molecular Dynamics}}</ref> MD-simulacije većih proteina i dalje su ograničene na dinamiku eksperimentalne strukture ili njen razvoj na visokim temperaturama. Dugotrajnim procesima presavijanja (preko oko 1 milisekunde), poput savijanja proteina male veličine (oko 50 ostataka) ili većim, može se pristupiti pomoću [[Grubozrnasto modeliranje |grubozrnastih modela]].<ref>{{cite journal | vauthors = Kmiecik S, Gront D, Kolinski M, Wieteska L, Dawid AE, Kolinski A | title = Coarse-Grained Protein Models and Their Applications | journal = Chemical Reviews | volume = 116 | issue = 14 | pages = 7898–936 | date = Julyjuli 2016 | pmid = 27333362 | doi = 10.1021/acs.chemrev.6b00163 | doi-access = free}}</ref><ref name="Kmiecik">{{cite journal | vauthors = Kmiecik S, Kolinski A | title = Characterization of protein-folding pathways by reduced-space modeling | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 104 | issue = 30 | pages = 12330–5 | date = Julyjuli 2007 | pmid = 17636132 | pmc = 1941469 | doi = 10.1073/pnas.0702265104 | bibcode = 2007PNAS..10412330K }}</ref><ref name="teritfix">{{cite journal | vauthors = Adhikari AN, Freed KF, Sosnick TR | title = De novo prediction of protein folding pathways and structure using the principle of sequential stabilization | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 109 | issue = 43 | pages = 17442–7 | date = Octoberoktobar 2012 | pmid = 23045636 | pmc = 3491489 | doi = 10.1073/pnas.1209000109 | bibcode = 2012PNAS..10917442A }}</ref>

Duge simulacije kontinuirane putanje izvedene su na [[Anton (računar) |Antonu]], masivnom paralelnom superračunaru koji je dizajnirao i izgradio [[D. E. Shaw Research]], oko prilagođenih [[ASIC]]-a i međusobnih veza. Najduži objavljeni rezultat simulacije izvedene pomoću Antona je simulacija NTL9 od 2,936 milisekundi pri 355 K.<ref name="pmid22034434">{{cite journal | vauthors = Lindorff-Larsen K, Piana S, Dror RO, Shaw DE | title = How fast-folding proteins fold | journal = Science | volume = 334 | issue = 6055 | pages = 517–20 | date = Octoberoktobar 2011 | pmid = 22034434 | doi = 10.1126/science.1208351 | bibcode = 2011Sci...334..517L}}</ref>