طي البروتين
دراسات حاسوبية لتطوي البروتين > مشهد الطاقة العام لتطوي البروتين

يُصوَّر تشكيل الفضاء  الخاص ببروتين أثناء التطوي كمشهد عام للطاقة. تبعا لجوزيف برينجلسون وبيتر وولينز، تتبع البروتينات مبدأ الإحباط الأدنى ويعني ذلك أن البروتينات المتطورة طبيعيا تم إمثال (جعلها الأمثل) مشاهد الطاقة العامة للتطوي الخاصة بها، وأن الطبيعة اختارت تسلسل أحماض أمينية بحيث تكون الهيئة المتطوية من البروتين مستقرة كفاية، وأيضا عملية اتخاذ هيئة التطوي توجب عليها أن تكون عملية سريعة كفاية كذلك. رغم أن الطبيعة خفضت من مستوى الإحباط في البروتينات، فإن نسبة منه مازالت باقية لحد الآن، ويمكن ملاحظة ذلك في تواجد النقطة المحلية الصغرى في مشهد الطاقة العام للبروتينات.
من نتائج هذه التسلسلات المصطفاة تطوريا الاعتقاد بأن للبروتينات «مشهد طاقة عام على شكل قمع» (من صياغة جوسيه أونوتشيك) موجه بشكل كبير نحو الهيئة الطبيعية. يسمح المشهد العام الخاص "بقُمع التطوي " للبروتين بالتطوي إلى الهيئة الطبيعية عبر أي مسارٍ وهيئةٍ وسطيةٍ من بين أعداد كبيرة من المسارات والهيئات الوسطية، بدل أن يكون محصورا في آلية واحدة. هذه الفرضية مدعومة من قبل المحاكيات الحاسوية لنموذج البروتينات  والدراسات التجريبية، وتُستخدم لتحسين طرق التنبؤ ببنية البروتين وتصميمه. وصف تطوي البروتين بواسطة تحديد مستوى الطاقة الحرة في مشهد الطاقة العم متسق كذلك مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية. فيزيائيا، التفكير في المشاهد العامة من منطلق أنها أسطح طاقة كاملة أو كامنة تملك نقاطا عظمى ودنيا وسرجية -تماما مثل المناظر العامة الجغرافية- أمر مضلل قليلا ربما. الوصف المناسب في الحقيقة هو فضاء طور متعدد الأبعاد قد تأخذ فيه المتنوعات هيئات طوبولوجية متنوعة أكثر تعقيدا.
تبدأ سلاسل عديد الببتيد غير المتطوية في قمة القمع أين يمكنها اتخاذ عدد كبير من الهيئات غير المتطوية وتكون في أقصى حالتها الطاقوية. تشير المشاهد العامة للطاقة إلى وجود عدد كبير من الهيئات الممكنة في البداية وعدم وجود سوى هيئة طبيعية (واطنة) واحدة، ومع ذلك لا تكشف مسارات التطوي المتعددة الممكنة. يمكن أن يتبع جزيئان من نفس البروتين مسارَيْ تطوي مختلفين قليلا، ويسعيان نحو هيئات وسطية مختلفة أقل طاقة، طالما يصلان في النهاية إلى نفس البنية الطبيعية. قد تُستخدم مسارات معينة بشكل أكبر من مسارات أخرى وذلك حسب التفضيل الثرموديناميكي لكل مسار، وهذا يعني أن المسار الذي يكون مفضلا ثرموديناميكيا عن الآخر فعلى الأرجح سيتم استخدامه بتواتر أكبر في سبيل الوصول للبنية الطبيعية. بينما يبدأ البروتين في التطوي واتخاذ عدة هيئات وسطية، يسعى دائما نحو البنية الأكثر تفضيلا ثرموديناميكيا من البنية التي سبقتها ويستمر كذلك عبر قمع الطاقة. تَكوُّن البنية الثانوية مؤشرٌ قوي على زيادة الاستقرار ذاخل البروتين، ولا يمكن سوى لتوليفة واحدة من البُنى الثانوية التي يتطوي إليها عمود عديد الببتيد الفقري أن تكون لديها حالة طاقوية أخفض وبالتالي تكون موجودة أثناء الوصول إلى هيئة التطوي الطبيعية. من بين البنى الأولى التي تتشكل عندما يبدأ عديد الببتيد في التطوي هي: لوالب ألفا التي تتشكل في حوالي 100 نانو ثانية ولفات بيتا  التي تتشكل في 1 ميلي ثانية.
توجد نقطة سرجية في المنظر العام لقُمع الطاقة وفيها تتواجد حالة انتقالية لبروتين معين. الحالة الانتقالية في مخطط قمع الطاقة هي الهيئة التي يجب أن يتخذها كل جزيء من ذلك البروتين إذا أراد البروتين أن يصل إلى بنيته الطبيعية في النهاية. لا يمكن لأي بروتين اتخاذ البنية الطبيعية مباشرة دون المرور عبر حالة انتقالية. يمكن الإشارة إلى الحالة الانتقالية على أنها هيئة مغايرة أو مبتسرة من الهيئة الطبيعية بدل اعتبارها مجرد خطوة وسطية أخرى نحوها. تم إظهار أن تطوي الحالة الانتقالية محدِّدٌ لمعدل التطوي -ورغم أنها تتواجد في حالة طاقوية أعلى من الهيئة الطبيعية- فإنها تماثل الهيئة الطبيعية كثيرا. يتواجد داخل الحالة الانتقالية نواةٌ يمكن للبروتين التطوي حولها وتتشكل هذه النواة عبر عملية تسمى «تكثف التنوي» أين تبدأ فيها البنية بالانهيار نحو النواة.