Molekyylibiologian historia alkaa 1930-luvulla aiemmin erillisten biologisten tieteenalojen: biokemian , genetiikan , mikrobiologian ja virologian yhdistämisestä . Lisäksi monet kemistit ja fyysikot ovat tulleet siihen toivossa, että uusi tieteenala avaa mahdollisuuksia elämän perusperustojen ymmärtämiseen.
Molekyylibiologia nykyisessä mielessä selittää elämän ilmiön makromolekyylien ominaisuuksista alkaen. Erityisesti huomion kohteena ovat olleet kahden tyyppiset molekyylibiologit: 1) nukleiinihapot , joista DNA on tunnetuin , geenien rakenne on kiinnittynyt siihen ja 2) proteiinit , joiden aktiivisuus takaa elämän molekyylitaso. Yhden molekyylibiologian määritelmän mukaan tämä tieteenala luonnehtii näiden kahden tyyppisten makromolekyylien rakennetta, toimintoja ja suhteita.
Uuden tieteenalan nimeä ehdotti Warren Weaver, Rockefeller Foundationin luonnontieteiden osaston johtaja , vuonna 1938. Aluksi ymmärrettiin, että sen odotettiin selittävän elämän fyysiset ja kemialliset perusteet. Kun Mendelin lait hyväksyttiin laajalti tieteellisissä piireissä 1910-luvulla ja 1920-luvulla atomiteorian kehitys johti kvanttimekaniikan periaatteiden kehittymiseen , näytti siltä, että tiede oli lähellä elämänilmiön molekyyliperustan löytämistä. Weaver tuki ja rahoitti Rockefeller-säätiön puolesta tutkimusta biologian, kemian ja fysiikan risteyksessä, ja jopa sellaiset julkkikset kuin Niels Bohr ja Erwin Schrödinger yrittivät tuoda teoreettisen perustan biologiaan, kuten he tekivät teoreettisessa fysiikassa. 1930- ja 1940-luvuilla ei kuitenkaan ollut selvää, millainen tutkimus johtaisi tavoitteeseen, jos tämä tavoite ylipäätään saavutettaisiin. Tämä sisälsi kolloidikemian , biofysiikan , radiobiologian ja kristallografian tutkimuksen .
Vuonna 1940 George Beadle ja Edward Tatham osoittivat geenien ja proteiinien välisen yhteyden [1] yhdistäen genetiikan biokemiaan. He ehdottivat, että geneetikot käyttäisivät Drosophilan sijasta sienen neurosporia malliorganismina . Laajemman valikoiman malliorganismien käyttö oli erittäin tärkeää uuden tieteenalan syntymiselle. Vuonna 1944 Oswald Avery , joka työskenteli Rockefeller-yliopistossa bakteerien parissa, osoitti, että geenit koostuvat DNA:sta [2] (katso Averyn, McLeodin ja McCarthyn koe ). Vuonna 1952 Alfred Hershey ja Martha Chase vahvistivat, että bakteriofagin geneettinen materiaali koostuu myös DNA:sta [3] (katso Hershey-Chasen koe ). Vuonna 1953 James Watson ja Francis Crick ehdottivat DNA-molekyylin kaksijuosteista rakennetta [4] . Heidän rakennemallinsa mahdollisti todella monien biologisten perusilmiöiden selittämisen, kuten erittäin suurten biologisten molekyylien olemassaolon, menetelmän niiden rakenteeseen liittyvien tietojen tallentamiseksi ja tarkkaan kopioimiseksi, mahdollisuuden muuttaa geenien rakennetta evoluution aikana jne. jonka seurauksena molekyylibiologia sai perusperiaatteensa.
Vuonna 1961 François Jacob ja Jacques Monod ehdottivat, että DNA:n ja proteiinin välillä täytyy olla välittäjä, jota he kutsuivat lähetti-RNA:ksi . Vuosina 1961-1965. Geneettisen koodin purkamisen myötä kävi selväksi, kuinka DNA:han tallennettu tieto määrää proteiinin rakenteen ja mitkä DNA-rakenteen nukleotidiyhdistelmät vastaavat tiettyjä proteiinin aminohappoja . 1960-luvun alussa Jacob ja Monod osoittivat myös, kuinka proteiini voi säädellä transkriptiota ja geeniekspressiota [5] .
Molekyylibiologian suuria löytöjä on tehty noin neljännesvuosisadan aikana. Sitten kesti vielä viisitoista vuotta tutkimusta, ennen kuin he kehittivät uusia monimutkaisia teknologioita, joita nykyään kutsutaan yhteisesti geenitekniikaksi . Ne mahdollistivat yksittäisten geenien eristämisen ja karakterisoimisen, mukaan lukien erittäin monimutkaisista elävistä organismeista, myös ihmisistä, peräisin olevat geenit.
Molekyylivallankumousta arvioitaessa biologian historian kontekstissa on helppo nähdä, että molekyylibiologian synty oli huipentuma pitkälle prosessille, joka alkoi ensimmäisistä mikroskoopin alla tehdyistä havainnoista. Varhaiset tutkijat yrittivät ymmärtää, kuinka elävät organismit toimivat mikroskooppisella tasolla. XVIII vuosisadan lopusta. Elävien organismien tuottamien kemiallisten molekyylien ominaisuuksien kuvaamiseen kiinnitettiin entistä enemmän huomiota. Siten nimekkäiden kemistien, kuten Justus Liebigin , teoksiin syntyi fysiologinen kemia, nykyaikaisen biokemian edelläkävijä , joka puolestaan on syntynyt Eduard Buchnerin ansiosta . Kemistien tutkimien molekyylien ja mikroskoopilla näkyvien hienojen rakenteiden, kuten kromosomien, välissä sijaitsi kuitenkin tuntemattoman valtakunta, "puuttuvien mittojen maailma", kuten tunnettu fysikaalinen kemisti Wolfgang Oswald kutsui sitä. Tätä maailmaa asuttivat kolloidit , kemialliset yhdisteet, joiden rakenne ja ominaisuudet jäivät epäselväksi.
Molekyylibiologien menestys tämän tuntemattoman maailman tutkimisessa on tuonut esiin uusia fysiikan ja kemian menetelmiä, kuten röntgendiffraktioanalyysin , elektronimikroskopian , ultrasentrifugoinnin ja elektroforeesin .
Käännekohta tässä prosessissa oli Linus Paulingin työ vuonna 1949, jossa ensimmäistä kertaa ihmisen sairaus, sirppisoluanemia , yhdistettiin hemoglobiinimolekyylin mutaatioon .
Molekyylibiologian syntyhetkellä tapasivat kaksi tieteenalaa, jotka kokivat nopean kehityskauden 1900-luvun alkupuoliskolla: biokemia ja genetiikka. Biokemistit tutkivat elävän aineen muodostavien molekyylien rakennetta ja toimintoja. Vuosien 1900 ja 1940 välillä kuvattiin keskeiset aineenvaihduntaprosessit : ruoansulatus ja ravinteiden, erityisesti hiilihydraattien, imeytyminen. Jokaista aineenvaihdunnan muodostavaa alkuaineprosessia katalysoi tietty entsyymi . Entsyymit ovat proteiineja, aivan kuten veren vasta-aineet ja proteiinit, jotka vastaavat lihasten supistuksista. Siksi proteiinien rakenteen ja toiminnan tutkimuksesta on tullut yksi biokemian tärkeimmistä tehtävistä. Thomas Morganin esittelemän Drosophila - hedelmäkärpäsen malli-organismin ansiosta geneetikot vahvistivat Mendelin lakien pätevyyden ja löysivät monia uusia tosiasioita ja malleja geenien välisestä suhteesta. Erityisesti Morgan osoitti, että geenit sijaitsevat kromosomeissa. Geenien kemiallinen luonne ja niiden toiminnan molekyylimekanismit jäivät kuitenkin mysteeriksi.
Vuonna 1869 Johann Friedrich Miescher löysi aineen, jota hän kutsui nukleiiniksi. Myöhemmin hän puhdisti lohen siemennestenäytteen ja vuonna 1889 hänen oppilaansa Richard Altmann nimesi sen nukleiinihapoksi. Vuonna 1919 Rockefeller Institutessa suoritettiin nukleiinihapon kemiallinen analyysi, jossa tunnistettiin neljä typpipitoista emästä, sokeri ja fosfaatti, jotka liittyivät toisiinsa kovalenttisilla sidoksilla järjestyksessä fosfaatti-sokeri-emäs. Jokaista näistä yksiköistä kutsutaan nukleotidiksi . Aluksi kuitenkin oletettiin, että neljä nukleotidiä oli kytketty toisiinsa saman rakenteen lyhyiksi ketjuiksi. Vasta vuonna 1934 Thorbjorn Kaspersson ja Einar Hammersten osoittivat, että DNA on polymeeri.
Vuonna 1927 N.K. Koltsov ehdotti, että periytyviä piirteitä tulisi siirtää sukupolvelta toiselle yhdessä jättimäisten molekyylien kanssa, jotka koostuvat kahdesta puolikonservatiivisella tavalla replikoituneesta peiliketjusta, ja jokainen ketju replikaation aikana toimii matriisina uusi [6] . Vuonna 1935 Max Delbrück , N. V. Timofeev-Resovsky ja Karl Zimmer ehdottivat, että kromosomit ovat jättimäisiä molekyylejä, joiden rakennetta voidaan muuttaa röntgensäteilyllä , mikä johtaa muutokseen perinnöllisissä piirteissä. Vuonna 1937 William Astbury sai ensimmäiset tulokset DNA: n röntgendiffraktioanalyysistä , mutta ei tehnyt johtopäätöksiä sen rakenteesta. Oli vain selvää, että tämä rakenne on säännöllinen.
Kriittisen kokeen, joka osoitti geenien koostuvan DNA:sta, suoritti vuonna 1943 Oswald Avery ja hänen kirjoittajansa, jotka jatkoivat toisen maailmansodan alussa traagisesti kuolleen Frederick Griffithin työtä pneumokokkikantojen kanssa. Griffithin kokeisiin sisältyi ei - virulenttien karkeatyyppisten bakteerien (R) muuntaminen virulentiksi sileäksi kannaksi (S) . Aver nosti esiin "transformatiivisen periaatteen" ja tunnisti sen DNA:ksi. Samanlaisen kokeen perustivat vuonna 1953 Alfred Hershey ja Martha Chase, jotka työskentelivät bakteriofagin T2 kanssa. Työssään he osoittivat myös, että faagin geneettinen materiaali on DNA:ta.
1950-luvulla kolme tutkijaryhmää saavutti menestystä biologisten makromolekyylien rakenteen tutkimuksessa. Ensimmäinen työskenteli King's Collegessa (Lontoo) , siihen kuuluivat Maurice Wilkins ja Rosalind Franklin . Toinen koostui Francis Crickistä ja James Watsonista Cambridgesta . Kolmas ryhmä, jota johti Linus Pauling , työskenteli California Institute of Technologyssa (USA) . Watson ja Crick rakensivat malleja rakenteesta metallisauvoilla yhdistetyistä palloista yksittäisten nukleotidien rakennetta ja atomien välisiä etäisyyksiä koskevien tietojen perusteella. Franklin ja Wilkins analysoivat kristallografiasta ja röntgendiffraktiosta saadut tiedot .
Paulingin ryhmä vuonna 1948 havaitsi saman tutkimuksen perusteella, että monien proteiinien tilarakenteessa on enemmän tai vähemmän suuria osia spiraalin muodossa . Samanlaisia johtopäätöksiä voidaan tehdä Franklinin ja Wilkinsin DNA:ta koskevista tiedoista. Watson ja Crick tekivät lopulliset johtopäätökset DNA:n kierteisestä rakenteesta, kahden ketjun läsnäolosta siinä, jotka on yhdistetty vetysidoksilla toisiaan vastakkain olevien yksittäisten nukleotidien välillä, ja niiden komplementaarisuudesta. Heitä auttoi Erwin Chargaff , joka vieraili Cambridgessa vuonna 1952 ja muisteli kokeitaan vuonna 1947, kun hän havaitsi, että nukleotidien suhde vaihtelee eri DNA-näytteissä, mutta adeniinia on aina samassa suhteessa kuin tymiiniä ja guaniinia. samalla tavalla kuin sytosiini.
Watson ja Crick rakensivat ensimmäisen tarkan DNA-mallin vuonna 1953 Franklinin siihen aikaan saamien tietojen perusteella [7] . Heidän löytönsä herätti poikkeuksellista innostusta sekä tutkijoiden että suuren yleisön keskuudessa. Watsonin ja Crickin artikkeli julkaistiin Naturessa 25. huhtikuuta. Sen sisältö kopioitiin Watsonin ja Crickin työskentelyn laboratorion johtajan William Braggin julkisessa raportissa 14. toukokuuta. Jo 15. toukokuuta artikkeli hänestä julkaistiin Lontoon News Chronicle -sanomalehdessä ja 16. toukokuuta - The New York Timesissa . Vuonna 1962 Watson, Crick ja Wilkins saivat Nobel-palkinnon tästä löydöstä . Rosalind Franklin oli jo kuollut syöpään vuonna 1958 tähän aikaan.
Vuonna 1957 Crick ehdotti kaavaa, joka on tullut tunnetuksi " molekyylibiologian keskeisenä dogmana ". Tämän kaavan mukaan DNA on proteiinin rakennetta koskevien tietojen varasto. Välittäjä niiden välillä on RNA. Otettu puolikonservatiivisen DNA:n replikaation mekanismi vahvistettiin tähän mennessä Meselsonin ja Stahlin kokeella . Crick ja hänen kirjoittajansa osoittivat, että geneettinen koodi koostuu kodoneiksi kutsutuista nukleotiditripleteistä, joista jokainen koodaa proteiinin yhtä aminohappotähdettä . Vuoteen 1966 mennessä Har Qur'an ym. olivat selvittäneet geneettisen koodin luomalla suhteita DNA-kodonien ja proteiinien aminohappotähteiden välille.
Myös varhainen työ RNA:n rakenteesta juontaa juurensa 1950-luvulle. Watson ja Crick ehdottivat, että 2`OH-ryhmän läsnäolo riboosissa estää kaksoiskierteen muodostumisen, mikä on ominaista vain DNA:lle [8] . Epäiltiin jopa tämän makromolekyylin kykyä muodostaa kierteistä rakennetta. Puhdistettujen näytteiden korkea heterogeenisuus esti erillisten diffraktiokuvioiden hankkimisen RNA:lle ja niiden röntgendiffraktioanalyysin. Vuonna 1955 löydettiin entsyymi polynukleotidifosforylaasi [9] , jonka avulla homogeenisten nukleiinihappojen keinotekoinen synteesi tuli mahdolliseksi ja röntgendiffraktioanalyysin tiedot paranivat merkittävästi. Kävi ilmi, että RNA ei vain voi muodostaa heliksiä, vaan se pystyy DNA:n tavoin luomaan kaksoiskierteen, vaikka sen rakenne erosi DNA:n kaksoiskierteestä.
1950-luvun lopulla ja 1960-luvun alussa julkaistiin monia RNA-tutkimusten tuloksia, mukaan lukien RNA:n ja DNA:n hybridisaatio kaksoiskierteiden muodostumisella molempien makromolekyylien ketjuista [10] ja jopa RNA:n kolmoiskierrestä [11] . pienten RNA-fragmenttien ja GC- ja AU-dinukleotidien rakenteena, kiteytyneenä kierteisten kiharoiden muodossa [12] . Nykyaikainen katsaus näistä teoksista julkaistiin vuonna 2009 [13]
1960-luvun puoliväliin mennessä ribosomit oli löydetty , mikä osoitti niiden roolin proteiinisynteesissä ja lähetti-RNA:n tarpeen niiden kokoamiseen. Viesti-RNA:n ja RNA:n, joka on osa ribosomien rakennetta, lisäksi kuljetus-RNA:t osallistuivat myös proteiinisynteesiin ja toimittivat aminohappoja ribosomiin [14] . Vuonna 1965 määritettiin ensimmäisen siirto-RNA:n primäärirakenne [15] , ja vuoteen 1968 mennessä useat tutkijaryhmät olivat saaneet siirto-RNA-kiteitä kerralla, vaikkakaan ne eivät olleet riittävän hyvälaatuisia, jotta niiden spatiaalinen rakenne olisi voitu määrittää [16] . ] . Tämä tavoite tuli saavutettavissa, koska vuonna 1971 kiteytettiin PHE tRNA hiivasta [17] . Työ tRNA PHE :n spatiaalisen rakenteen tutkimiseksi saatiin päätökseen vuoteen 1973 mennessä [18] Myöhemmin tämän uraauurtavan työn menetelmiä sovellettiin muiden tRNA:iden tilarakenteen kiteyttämiseen ja tutkimukseen [19] [20] . Kävi ilmi, että lineaarisen tai kierteisen muodon lisäksi ainakin sellaisilla RNA:illa kuin kuljetus-RNA:illa, samoin kuin proteiineilla, voi olla kompakti pallomainen rakenne.
1980-luvulla osoitettiin, että jotkut RNA:t pystyvät katkaisemaan autokatalyyttisesti [21] [22] [23] . RNA:ita, jotka entsyymien tavoin pystyvät katalysoimaan kemiallisia reaktioita, kuten autokatalyyttistä pilkkomista, on kutsuttu ribotsyymeiksi . 1990-luvulla tutkittiin joidenkin ribotsyymien spatiaalista rakennetta [24] [25] . Nämä olivat ensimmäiset globulaariset RNA:t kuljetusta lukuun ottamatta, joissa avaruudellisen rakenteen tutkiminen tuli mahdolliseksi. Tämän perusteella suoritettiin lisätutkimuksia RNA-rakenteen muodostumisen piirteistä, konservatiivisten rakenteellisten motiivien tunnistamisesta, paikallisista stabiloivista vuorovaikutuksista nukleotidisekvenssin fragmenttien välillä jne. [26] . Nämä edistysaskeleet mahdollistivat in vitro -transkriptiomenetelmän tulo. Lisäksi ydinmagneettista resonanssia on alettu käyttää RNA:n rakenteen tutkimiseen , mikä on osoittautunut erityisen hyödylliseksi pienten RNA:iden (RNA:iden) tutkimiseen [27] [28] [29] .
Myöhemmin RNA:n rakenteen tutkimiseen tarkoitettujen menetelmien kehittäminen mahdollisti useiden tämän tyyppisten makromolekyylien, mukaan lukien ribosomaalisen RNA:n, avaruudellisen rakenteen tutkimisen [30] [31] . Ada Yonath , Venkatraman Ramakrishnan ja Thomas Steitz saivat Nobel-palkinnon työstään ribosomaalisen RNA:n tilarakenteen parissa .
Erityisenä biologisten molekyylien luokkana proteiinit tunnistettiin jo 1700-luvulla. Antoine de Fourcroix . Aluksi niitä kutsuttiin albumiineiksi ( matières albuminoides , albuminoids tai Eiweisskörper ), ja niille tunnusomaisena ominaisuutena oli kyky hyytyä tai koaguloitua lämmöllä tai hapolla käsiteltynä. Laajalti tunnettuja esimerkkejä tällaisista proteiineista 1800-luvun alussa. ovalbumiini , seerumialbumiini , fibriini ja vehnägluteeni otettiin huomioon . _ _ Munanvalkuaisen juoksetuksen ja maidon juoksetuksen samankaltaisuus on tiedetty muinaisista ajoista lähtien. Jopa itse sana albumiini on Plinius Vanhin ehdottama, ja se tulee latinalaisesta ilmaisusta albus ovi (munanvalkuainen).
Jacob Berzelius ja Gerrit Jan Mulder tekivät kasvi- ja eläinproteiinien alkuaineanalyysejä ja yrittivät määrittää niiden empiirisen kaavan . Heidän yllätyksensä kaikkien proteiinien kaava osoittautui suunnilleen samaksi: C 400 H 620 N 100 O 120 , vain rikki- ja fosforipitoisuudet, joita oli suhteellisen pieninä osuuksina, olivat erilaiset. Mulder ehdotti, että on olemassa yksi emäksinen proteiiniaine ( Grundstoff ), jota syntetisoidaan kasveissa ja joita eläimet sulattavat. Berzelius kannatti tätä ajatusta ja kutsui ainetta proteiiniksi.
Olen ehdottanut nimeä proteiini fibriinin ja albumiinin orgaaniselle oksidille. Haluaisin johtaa tämän sanan kreikan sanasta πρωτειος, koska se näyttää olevan eläinten ruoansulatuksen primitiivinen tai pääaine.
Alkuperäinen teksti (englanniksi)[ näytäpiilottaa] Nimen proteiini, jota ehdotan fibriinin ja albumiinin orgaaniselle oksidille, halusin johtaa kreikan sanasta πρωτειος, koska se näyttää olevan eläinten ruokinnan alkeellinen tai pääaine. Alkuperäinen teksti (fr.)[ näytäpiilottaa] Le nom protéine que je vous propose pour l'oxide organque de la fibrine et de l'albumine, je voulais le dériver de πρωτειος, parce qu'il paraît être la substanty primitive ou Principle de la nutrition animalee. - Berzeliuksen henkilökohtaisesta kirjeenvaihdosta 10.7.1838.Mulder tunnisti myös proteiinien hajoamistuotteet, erityisesti aminohapon leusiinin , ja määritti sen molekyylipainon, 131 Da .
Proteiinin pienin molekyylipaino Mulderin analyysin mukaan oli noin 9 kDa , satoja kertoja suurempi kuin useimmat muut molekyylit, joita hän oli kohdannut. Siksi proteiinin kemiallinen rakenne (tarkemmin sanottuna primaarirakenne ) pysyi tuntemattomana vuoteen 1949 asti, jolloin Frederick Sanger määritti ensimmäisen proteiinin, insuliinin , aminohapposekvenssin . Kuitenkin teoriassa, jo vuonna 1902, Franz Hofmeister ja Emil Fischer ennustivat, että proteiinit ovat lineaarinen ketju aminohappotähteitä, jotka on yhdistetty peptidisidoksilla . Monet tutkijat epäilivät, että näin pitkät aminohappoketjut voisivat pysyä stabiileina liuoksessa, ja proteiinien mahdollisesta rakenteesta oli myös vaihtoehtoisia teorioita. Esimerkiksi kolloidihypoteesin mukaan proteiinit koostuvat sykloleista .
Theodor Svedberg osoitti analyyttisen ultrasentrifugoinnin avulla , että proteiinit ovat edelleen tietyn rakenteen omaavia makromolekyylejä, eivät kolloidisia seoksia . Kudoksista puhdistamalla on vaikea saada enemmän kuin muutama milligramma proteiinia. Siksi varhaisia tutkimuksia tehtiin proteiineista, jotka ovat helposti puhdistettavissa teurastamoilta saaduista munanvalkuaisista, verestä ja erilaisista myrkkyistä ja ruuansulatusnesteistä . Proteiinin puhdistustekniikat kehittyivät nopeasti toisen maailmansodan aikana, koska haavoittuneiden sotilaiden hoitoon tarvittiin puhdistettua veren proteiineja. 1950-luvun lopulla amerikkalainen Armor and Company puhdisti suuria määriä ribonukleaasi A: ta ja toimitti sen ilmaiseksi tutkimukseen. Tämän seurauksena RNaasi A:sta tuli useiden tieteellisten ryhmien perustutkimuksen pääkohde useiden vuosikymmenten ajan. Erityisesti siitä tehtiin useita Nobel-palkinnon saaneita teoksia.
Proteiinin spatiaalisen rakenteen tutkimus alkoi 1910-luvulla, kun Crick ja Martin osoittivat, että koagulaation aikana proteiinin saostumista edeltää toinen prosessi, denaturaatio , jossa proteiini menettää liukoisuuden ja entsymaattisen aktiivisuuden, mutta saa lisää kemiallisia ominaisuuksia. 1920-luvun puolivälissä havaittiin, että joskus denaturaatio voi olla reversiibeliä ja vapaan energian muutos tässä prosessissa on huomattavasti pienempi kuin tavanomaisissa kemiallisissa reaktioissa, ja vuoteen 1929 mennessä oli ajatus, että denaturoituminen on muutosta denaturaatiossa. aminohappoketju, jossa aiemmin proteiinipallon sisällä olleet tähteet altistuvat nyt liuottimelle. Tällaisessa tapauksessa liukoisuuden tulisi laskea alifaattisten ja aromaattisten sivuryhmien aminohappojen suhteellisen alhaisen liukoisuuden mukaisesti. Näin ollen kemiallisia lisäominaisuuksia ilmaantuu ja entsymaattinen aktiivisuus häviää.
1960-luvun alussa Christian Anfinsen osoitti, että RNaasi A todellakin denaturoitui reversiibelisti ja että tämän proteiinin luonnollinen konformaatio vastasi globaalia vapaan energian minimiä.
Kun proteiinin rakennetta ei vielä tiedetty, Dorothy Rinch ja Irving Langmuir ehdottivat syklolien hypoteesin tueksi , että nämä rakenteet stabiloituvat hydrofobisilla sidoksilla. Vaikka John Bernal itse tuki ajatusta hydrofobisista vuorovaikutuksista , Linus Pauling ja muut tutkijat hylkäsivät sen 1930-luvulla syklolihypoteesin ohella . Pauling oli vetysidoksen kannattaja, jonka teorian kehitti William Astbury . Huolimatta siitä, että vetysidosten rooli proteiinin rakenteen stabiloinnissa loppujen lopuksi osoittautui merkityksettömäksi, tämä ei estänyt Paulingia muotoilemasta oikein ajatuksiaan proteiinin perusrakenneelementeistä, alfahelkseistä ja beeta-laskostuksista . Hydrofobisten sidosten merkitys tuli selväksi vasta vuonna 1959, jolloin osoitettiin, että joidenkin aminohappotähteiden ionisaatiolla, jonka Arne Tiselius on osoittanut , on merkitystä vain proteiinipallon pinnalla, jossa polypeptidiketju tulee kosketukseen liuotin.
Globulaaristen proteiinien avaruudellista rakennetta tutkittiin aluksi vain hydrodynaamisilla menetelmillä ja ultrasentrifugoinnilla. 1950-luvulla ilmestyi spektrimenetelmiä, mukaan lukien pyöreä dikroismi, fluoresenssi, absorptiospektrien määritys ultravioletti- ja infrapuna-alueilla. Perutz ja Kendrew käyttivät ensimmäisen kerran 1960-luvulla kristallografiaa ja röntgendiffraktioanalyysiä hemoglobiinin spatiaalisen rakenteen määrittämiseksi . Tästä työstä he saivat Nobel-palkinnon. 1980-luvulla alettiin soveltaa myös ydinmagneettista resonanssia . Vuoteen 2006 mennessä Protein Data Bank sisälsi tiedot 40 000 proteiinin tilarakenteesta. Konservoituneiden domeenien tunnistamisen ansiosta eri proteiinien homologiset rakenteet voidaan nyt rekonstruoida tietokoneohjelmilla ja kryoelektronimikroskoopilla tutkitaan suurten proteiini-proteiinikompleksien rakennetta.