Οι πρωτεΐνες είναι το υλικό της ζωής, τα μάτια, τα χέρια και τα πόδια των ζωντανών κυττάρων. Ακόμα και το DNA, το πιο διάσημο από τα βιολογικά μόρια, είναι σημαντικό πρώτα και κύρια επειδή περιέχει τα γονίδια με τον κώδικα για το σχηματισμό πρωτεϊνών. Και τα κύτταρά μας διαφέρουν το ένα από το άλλο - λειτουργώντας ως νευρώνες, λευκά αιμοσφαίρια, οσφρητικοί αισθητήρες κ.ο.κ. - σε μεγάλο βαθμό επειδή ενεργοποιούν διαφορετικές ομάδες γονιδίων, παράγοντας έτσι διαφορετικά μείγματα πρωτεϊνών.

Με δεδομένη τη σημασία αυτών των μορίων, θα θεωρούσε κανείς ότι οι βιολόγοι από καιρό θα είχαν διερευνήσει πλήρως τα βασικά χαρακτηριστικά της μορφής τους και του τρόπου λειτουργίας τους. Ωστόσο, επί δεκαετίες, οι επιστήμονες είχαν υιοθετήσει μιαν ημιτελή εικόνα για τις πρωτεΐνες. Γνώριζαν ότι οι πρωτεΐνες απαρτίζονται από αμινοξέα που συνδέονται σαν χάντρες σε κομπολόι, αλλά θεωρούσαν ότι για να λειτουργεί σωστά μια πρωτεΐνη έπρεπε οπωσδήποτε να είχε διπλωθεί σε ένα συγκεκριμένο, άκαμπτο, σχήμα. Τώρα, όμως, γίνεται σαφές ότι πλειάδα πρωτεϊνών επιτελεί το βιολογικό της ρόλο χωρίς ποτέ να διπλώνεται εντελώς. Αλλες διπλώνονται μόνο όταν χρειάζεται. Μάλιστα, ίσως το ένα τρίτο των ανθρώπινων πρωτεϊνών να έχουν τουλάχιστον ένα τμήμα που δεν διπλώνεται.

Οι βιολόγοι ήξεραν από καιρό ότι τα ένζυμα (είδος πρωτεϊνών), όπως οι πολυμεράσες που αντιγράφουν το DNA ή το μεταγράφουν σε RNA, είναι πολύπλοκες νανομηχανές, που αποτελούνται από πολλά κινητά μέρη, με συνδέσμους που επιτρέπουν διάφορα τμήματα της πρωτεΐνης να περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο. Κι όμως, συχνά αυτές οι πρωτεΐνες απεικονίζονται ως συνδυασμοί άκαμπτων μερών, όπως τα κομμάτια μιας αναδιπλούμενης πολυθρόνας.

Η αντίληψη ότι η άκαμπτη τρισδιάστατη δομή των πρωτεϊνών προσδιορίζει και τη λειτουργία τους εμφανίστηκε το 1894, όταν μετά από σειρά πειραμάτων ο χημικός Εμιλ Φίσερ διατύπωσε την εικασία ότι τα ένζυμα (καταλύτες βιοχημικών αντιδράσεων) αλληλεπιδρούν με άλλα μόρια συνδεόμενα με συγκεκριμένα σχήματα στην εξωτερική επιφάνεια των μορίων αυτών, ενώ αγνοούν εκείνα που η επιφάνειά τους είναι ακόμα και ελαφρώς διαφορετική. Με άλλα λόγια, ένα ένζυμο ταιριάζει στο μοριακό ταίρι του σαν κλειδί στην κλειδαριά. Τότε η χημική σύνθεση των πρωτεϊνών ήταν ακόμα άγνωστη. Την εξηκονταετία που ακολούθησε, η γνώση ότι οι πρωτεΐνες είναι αλυσίδες αμινοξέων οδήγησε στο συμπέρασμα ότι για να λειτουργήσουν θα πρέπει πρώτα να διπλωθούν αυθόρμητα στο σχήμα που καθορίζει η δομή τους και η έλξη μεταξύ των διαφόρων ομάδων ατόμων τους. Πράγματι, σειρά πειραμάτων έδειξε ότι οι πρωτεΐνες που εξετάστηκαν έχαναν τη λειτουργικότητά τους, αν με κάποια φυσική ή χημική μέθοδο αναγκάζονταν να αλλάξουν το φυσικό τους τρισδιάστατο σχήμα.

Παρ' όλα αυτά, ήδη από τις αρχές του περασμένου αιώνα, οι επιστήμονες είχαν παρατηρήσει ότι οι πρωτεΐνες που ονομάζονται αντισώματα, μπορούν να συνδεθούν σε πολλούς στόχους (αντιγόνα), γεγονός που δε συνάδει με τη θεωρία κλειδί - κλειδαριά. Ομως, μόλις το 1996, ανακαλύφθηκε ότι η πρωτεΐνη p21, που ελέγχει τη διαίρεση των κυττάρων, δεν είναι διπλωμένη και εντούτοις επιτελεί στην εντέλεια τη βιολογική της λειτουργία. Τα αμινοξέα της περιστρέφονται ελεύθερα γύρω από τους χημικούς δεσμούς που τα συγκρατούν και έτσι η p21 δε διατηρεί ένα συγκεκριμένο σχήμα παρά μόνο για κλάσματα του δευτερολέπτου.

Πριν από 15 χρόνια, ο ισχυρισμός ότι πρωτεΐνες επιτελούν τη λειτουργία τους χωρίς να έχουν διπλωθεί σε κάποιο συγκεκριμένο σχήμα θα θεωρούνταν αιρετικός. Σήμερα, οι επιστήμονες αντιλαμβάνονται ότι τέτοια άμορφα και ευέλικτα χαρακτηριστικά ίσως βοήθησαν στην εμφάνιση της ζωής στη Γη και ότι η ευελιξία αυτών των πρωτεϊνών μπορεί να παίζει κρίσιμο ρόλο στα κύτταρα, όπως κατά την κυτταρική διαίρεση και την ενεργοποίηση των γονιδίων. Αυτή η βαθύτερη κατανόηση των πρωτεϊνών προσφέρει νέες δυνατότητες εμβάθυνσης στη βασική βιολογία των κυττάρων, ενώ, παράλληλα, δίνει ιδέες για νέους τρόπους θεραπείας ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου.