科学家们已经多年尝试开发一种能根据氨基酸序列来简易地预测蛋白结构的方法。想象只要具备一种生物的基因组的序列，科学家们就能够刻画出这种生物的每一种蛋白的结构，这将使得单从基因序列无法发现的蛋白的生物分子相互作用、结构同源性、功能作用和潜在的药物靶标得到揭示。
虽然还存在漫长的路要走，但是在算法的改善和计算能力的增强的情况下，在蛋白结构预测和设计方面的令人兴奋进展一定到来。
Structure Prediction
二十世纪七十年代利用RNAase进行的经典的实验证明了蛋白折叠所需的信息全部存在于自身的氨基酸序列中。这表明蛋白结构预测能直接进行。但是从序列到结构的预测就像是生物学中的“天气预报”，存在着困难。因为尽管一种相对小的蛋白也会存在着多种可能的构像。根据Levinthal's Paradox，假设每种氨基酸具有自由的三种轴对称转动度，含100个氨基酸残基的序列具有3100的可能构型。
为了攻克这个问题，David Baker等人已经开发了一种叫做ROSETTA的计算机程序，它的核心部分是一种计算给定蛋白构象的能量的方法。消除不可能的蛋白结构，例如暴露于溶剂中的疏水结构，该程序对所有的蛋白折叠的画面进行取样，检测大约一百万种具有最低能量结构的可能构象。
为了检验这一研究，自从1998年开始，David Baker和他的同事参加了一个叫做CASP (Critical Assessment of techniques for protein Structure Prediction;http://www.predictioncenter.org/,)的世界性的结构预测实验，进入了ROSETTA预测程序的利用阶段。CASP于十多年前创立，是一种结构生物学证明平台，是一种要求参与者在蛋白结构被阐明担未公开的情况下预测蛋白的形状的团体性实验和竞争。然后这些预测与正确的结构相比较，举行会议讨论得到的结果，确定最具前景的预测方法和剩下仍未解决的最重大问题。虽然目前还没有一种算法能得到完全正确的结构，但是ROSETTA在这些测试中表现良好，并且每年我们的预测与其他小组的预测更加接近。
DE NOVO Desige
蛋白设计是蛋白结构预测的相对面，蛋白设计中，我们寻找能按照一种方式折叠成具有执行预期功能的蛋白结构的序列。该领域已经在设计具有新功能和结构的蛋白方面取得了进展。1998年，加州理工大学的Stephen Mayo和合作者计算了一种折叠成自然发生的锌指结构的序列。2003年，北加州大学教授Brian Kuhlman，利用ROSETTA来设计一种十分稳定蛋白Top7，这种蛋白的序列和结构与所有的已知蛋白不相关。这种93种氨基酸的蛋白被证明是单体并且是折叠的，x光结构分析表明与预测非常吻合，证明该现代蛋白设计方法可以在原子水平上准确设计一种崭新的蛋白。
构建一种全新的蛋白结构传出令人兴奋的消息的同时，科学家们也正致力于在蛋白化学中另外的地方寻找已有的蛋白功能蛋白设计领域。例如Mayo, along with和Bolon利用一种无催化活性的大肠杆菌蛋白-硫氧环蛋白作为一种新型的能催化组氨酸介导的乙酸对硝基苯酯水解的酶的骨架。宾西法尼亚大学的Bill DeGrado的研究小组在四螺旋组蛋白中创建了一种金属酶位点。与此同时杜克大学医学中心的Homme Hellinga和他的同事利用一种大肠杆菌周质空间结合蛋白朝家族的成员作为涉及TNT、葡萄糖 与其他分子的生物传感器的骨架。
令人瞩目的是，Hellinga和他的合作者成功的联合了他们新工程构建的生物传感器和细胞信号通路，培育了一种能在暴露于TNT时变成蓝色；这项工作为地雷的探测带来新方法。更近一段时间以来，Hellinga小组成功的将一种无催化活性的核糖结合蛋白转换成一种异常活跃的丙糖磷酸盐异构酶反应中的催化剂。下一步工作是创造不是由天然发生蛋白来催化化学反应的酶。这项工作是十分重要的，并且是一个艰难的挑战。
