蛋白質折疊問題是結構生物學、生物物理學和計算生物學的核心挑戰之一。從 Anfinsen（1973 Nobel）的熱力學假說出發，經歷 Levinthal 悖論的衝擊，到能量景觀理論和 AI 預測的革命，折疊研究深刻影響了我們對生物分子自組裝、疾病機制和蛋白質工程的理解。
能量景觀與折疊機制
Bryngelson & Wolynes（1987）引入隨機能量模型，Dill & Chan 將其發展為折疊漏斗理論。漏斗的粗糙度（roughness）與折疊動力學密切相關：光滑漏斗（如小型蛋白 CI2）對應二態折疊（two-state folding），蛋白質在展開態和天然態間無穩定中間態，折疊速率遵循 chevron plot 中的 V 形關係。粗糙漏斗對應多態折疊，可能存在動力學陷阱和 on-pathway 中間態。
φ 值分析（Fersht & Sato, 2004）通過比較突變對折疊過渡態穩定性的影響（φ = ΔΔG‡/ΔΔG°），可推斷過渡態中特定殘基的結構形成程度。φ 值接近 1 表示該殘基在過渡態已形成天然接觸，接近 0 則未形成。此方法揭示了核凝聚（nucleation-condensation）機制：過渡態中存在一個部分形成的折疊核心。
折疊速率的決定因素
Plaxco-Simons-Baker 相關（1998）發現小型蛋白的折疊速率與接觸序（contact order, CO）——天然接觸殘基間的平均序列距離——呈負相關（ln kf = -CO + const）。高 CO 蛋白（如 β-sheet 蛋白）折疊較慢，因需形成長程交互作用。理論極限由 Kubelka et al.（2004）估計：N/100 μs（N = 殘基數），即 100 殘基蛋白的最快折疊時間約 1 μs。Trp-cage（20 殘基）的實驗折疊時間約 4 μs，接近理論極限。
分子伴護蛋白的機制
GroEL/GroES（大腸桿菌）系統：GroEL 是由兩個七聚環堆疊的桶狀結構（~800 kDa），底物蛋白結合於疏水內腔。GroES 蓋上後，腔內轉為親水環境，迫使底物在約 10 秒的 ATP 水解週期內嘗試折疊——這是一種「無限稀釋」（infinite dilution）機制，消除聚集的可能。但 Hayer-Hartl 團隊的研究表明 GroEL 也可能透過反覆的展開-釋放循環積極平滑能量景觀。真核細胞的 TRiC/CCT 系統結構相似但由 8 種不同亞基組成，折疊腔不對稱。Hsp70（DnaK/DnaJ/GrpE）通過反覆的 ATP 驅動結合-釋放，防止疏水區段暴露導致的聚集。
蛋白質品質控制
錯誤折疊的蛋白質面臨三種命運：重新折疊（伴護蛋白輔助）、降解（泛素-蛋白酶體系統或自噬）、或聚集。內質網未折疊蛋白反應（UPR）由三個感應器（IRE1α、PERK、ATF6）監測 ER 內蛋白折疊壓力，啟動轉錄程式增加伴護蛋白產量、降低整體翻譯、並啟動 ERAD。慢性 UPR 活化與糖尿病、神經退化和癌症相關。
澱粉樣蛋白的結構與傳播
Cryo-EM 和固態 NMR 已解出多種澱粉樣纖維的原子結構（如 Alzheimer's tau, Fitzpatrick et al., 2017），揭示 cross-β spine 的平行 in-register β-sheet 堆疊，配合 steric zipper 的乾燥界面。普利昂的「蛋白質唯一假說」（Prusiner, 1982 Nobel）提出 PrPˢᶜ 透過模板化構象轉變傳播——近年在 α-synuclein 和 tau 中也觀察到類似的「prion-like spreading」，不同腦區的纖維多態性（strain）可能解釋不同臨床表型。