天然状態
多くのタンパク質は変性すると不溶性になるため、折り畳まれたタンパク質と折り畳まれていないタンパク質は、その水溶性によって容易に区別することができる。天然状態のタンパク質は、二次構造が明らかにされており、それを円二色性および核磁気共鳴 (NMR) によって分光学的に検出することができる。
タンパク質の天然状態は、とりわけNMRで測定された距離によって、モルテングロビュール(英語版)と区別することができる。タンパク質の配列の中では、アミノ酸の配列が大きく離れていても、安定に折り畳まれた状態では、アミノ酸同士が触れ合ったり、非常に近くに接近したりすることがある。一方、モルテングロビュールでは、その時間平均距離が大きくなる傾向がある。
タンパク質を最初から作ろうとすると、真の天然状態の製品ではなく、モルテングロビュールができてしまうため、天然状態のタンパク質がどのようにして製造されるのかを学ぶことは重要である。そのため、タンパク質工学においては、天然状態の理解が非常に重要である。
すべてのタンパク質分子は、アミノ酸の単純な分岐していない鎖から始まるが、一度完成すると非常に特異的な三次元形状になる。三次構造として知られるその究極的な形状は、最小限の自由エネルギーを持つ折り畳まれた形状である。タンパク質が生物学的機能を発揮できるのは、タンパク質が折り畳まれてい三次構造を持っていることによる。実際、タンパク質の形状変化は、プリオンやアミロイドによって引き起こされるいくつかの神経変性疾患の主な原因となっている。(狂牛病、クールー病、クロイツフェルト・ヤコブ病など)
多くの酵素やその他の非構造的タンパク質は、複数の天然状態を持ち、これらの状態間を遷移することで動作または制御される。しかし「天然状態」は、通常、適切に折り畳まれたタンパク質を、変性したものや折り畳まれていないものを区別するために単数形で使用される。他の文脈では、タンパク質の折り畳まれた形状は、ほとんどの場合、その本来の「コンホメーション」または「構造」と呼ばれる。