分子生物学の歴史

19世紀、生化学者たちは細胞核からDNAとRNA（混合状態）を分離することに成功した。彼らは分離した「核酸」がポリマー構造であることを比較的早く認識したが、ヌクレオチドにはリボースを含むものとデオキシリボースを含むものの2種類があることに気づいたのは後のことだった。この発見がきっかけとなり、DNAはRNAとは異なる物質として同定され、命名されたのである。

フリードリヒ・ミーシャー（1844年～1895年）は、1869年に「ヌクレイン」と名付けた物質を発見した。その後、彼はサケの精子から現在DNAとして知られる物質の純粋なサンプルを分離し、1889年に彼の弟子であるリヒャルト・アルトマンがそれを「核酸」と名付けた。この物質は染色体中にのみ存在することが判明した。

1919年、ロックフェラー研究所のフェーバス・レヴェンは、DNAの構成要素（4つの塩基、糖、リン酸鎖）を特定し、DNAの構成要素がリン酸-糖-塩基の順に連結されていることを示した。彼はこれらの単位をそれぞれヌクレオチドと呼び、DNA分子はリン酸基を介して連結されたヌクレオチド単位の鎖から構成されており、リン酸基が分子の「骨格」であると提唱した。しかし、レヴェンは鎖が短く、塩基が同じ固定された順序で繰り返されていると考えていた。トルビョルン・カスペルソンとエイナル・ハンマーステンは、DNAがポリマーであることを示した。

1927年、ニコライ・コルツォフは 、遺伝形質は「巨大な遺伝分子」を介して遺伝し、それは「各鎖を鋳型として半保存的に複製する2本の鏡像鎖」から構成されると提唱した。^{[ 18 ]}マックス・デルブリュック、ニコライ・ティモフェエフ＝レッソフスキー、カール・G・ツィンマーは1935年に、染色体は非常に大きな分子であり、その構造はX線処理によって変化させることができ、その構造を変化させることで、それらの染色体によって支配される遺伝形質を変化させることが可能であることを示唆する結果を発表した。1937年、ウィリアム・アストベリーはDNAから最初のX線回折パターンを作成した。彼は正しい構造を提唱することはできなかったが、パターンはDNAが規則的な構造を持っていることを示しており、したがって、この構造が何であるかを推測できる可能性がある。

1943年、オズワルド・セオドア・エイブリーと科学者チームは、肺炎球菌の「滑らかな」形態に固有の形質が、死滅させた「滑らかな」（S）形態を生きている「粗い」（R）形態に与えるだけで、同じ細菌の「粗い」（R）形態に伝達されることを発見した。まったく予想外のことに、生きているR肺炎球菌はS形態の新しい株に変化し、伝達されたS形質は遺伝することが判明した。エイブリーは形質伝達の媒体を形質転換原理と呼び、形質転換原理は、それまで考えられていたタンパク質ではなく、DNAであると特定した。彼は基本的にフレデリック・グリフィスの実験をやり直した。1953年、アルフレッド・ハーシーとマーサ・チェイスは、 T2ファージにおいてDNAが遺伝物質であることを示す実験（ハーシー・チェイス実験）を行った（ハーシーはルリアとノーベル賞を共同受賞した）。

1950年代、3つのグループがDNAの構造を解明することを目標とした。最初に研究を始めたのはロンドンのキングス・カレッジで、モーリス・ウィルキンスが率い、後にロザリンド・フランクリンが加わった。フランシス・クリックとジェームズ・ワトソンからなる別のグループはケンブリッジにいた。3つ目のグループはカリフォルニア工科大学にあり、ライナス・ポーリングが率いていた。クリックとワトソンは金属棒と球を用いて物理モデルを作成し、そこにヌクレオチドの既知の化学構造と、ポリマーに沿ってヌクレオチド同士を繋ぐ結合の既知の位置を組み込んだ。キングス・カレッジでは、モーリス・ウィルキンスとロザリンド・フランクリンがDNA繊維のX線回折パターンを調べた。3つのグループのうち、質の高い回折パターンを生成し、構造に関する十分な定量的データを得ることができたのはロンドンのグループだけだった。

1948年、ポーリングは多くのタンパク質がらせん構造（アルファヘリックス参照）を持つことを発見した。ポーリングはこの構造をX線回折パターンと構造の物理的モデル化の試みから推測した。（ポーリングは後にアストベリーのデータに基づいて、誤った3本鎖らせんDNA構造を提唱した。）モーリス・ウィルキンスによるDNAの初期回折データでさえ、構造がらせん構造であることは明らかだった。しかし、この発見は始まりに過ぎなかった。鎖がいくつ集まっているのか、その数はすべてのらせんで同じなのか、塩基はらせん軸に向かっているのか、それとも反対方向を向いているのか、そして最終的にはすべての結合と原子の具体的な角度と座標は何か、といった疑問が残っていた。こうした疑問が、ワトソンとクリックのモデル化の取り組みを促した。

ワトソンとクリックは、モデル化において、化学的にも生物学的にも妥当と思われる範囲に限定した。それでも、可能性の幅は非常に広かった。1952年にエルヴィン・シャルガフがケンブリッジを訪れ、1947年に発表した実験の説明でクリックにインスピレーションを与えたことが、大きな転機となった。シャルガフは、4種類のヌクレオチドの比率はDNAサンプルごとに異なるが、特定のヌクレオチドのペア（アデニンとチミン、グアニンとシトシン）については、2種類のヌクレオチドが常に等しい割合で存在することを観察していた。

X 線回折、ロザリンド・フランクリンからのデータ、および塩基が対になっているという彼女の情報を用いて、ジェームズ・ワトソンとフランシス・クリックは1953 年に DNA の分子構造の最初の正確なモデルに到達し、それはロザリンド・フランクリンの検証によって受け入れられました。彼らは、種内ではアデニンの割合がチミンの割合に等しく、グアニンの割合がシトシンの割合に等しいというエルヴィン・シャルガフの規則を使用しました。彼らは次のように書いています。「我々が仮定した特定の対合は、遺伝物質の複製メカニズムの可能性をすぐに示唆していることに気づかずにはいられませんでした。」^{[ 19 ]} この発見は 1953 年 2 月 28 日に発表されました。ワトソンとクリックの最初の論文は、1953 年 4 月 25 日にNatureに掲載されました。ワトソンとクリックが働いていたキャベンディッシュ研究所の所長であるローレンス・ブラッグ卿は、1953 年 5 月 14 日木曜日にロンドンのガイ病院医学校で講演を行い、その結果、 1953 年 5 月 15 日金曜日にロンドンのNews Chronicle 紙にリッチー・カルダーによる「なぜあなたはあなたなのか。生命のより近い秘密」というタイトルの記事が掲載されました。このニュースは翌日、ニューヨーク タイムズの読者にも届きました。ビクター・K・マケルヘニーは、伝記「ワトソンと DNA：科学革命を起こす」を執筆するにあたり、1953 年 5 月 16 日付けでロンドンから書かれた、見出しが「細胞内の『生命単位』の形態がスキャンされる」という 6 段落からなるニューヨーク タイムズの記事の切り抜きを発見しました。この記事は初期の版に掲載されましたが、より重要とみなされたニュースのためにスペースを空けるために削除されました。 （ニューヨーク・タイムズはその後、1953年6月12日に長文の記事を掲載した。）ケンブリッジ大学の学部生新聞も、1953年5月30日土曜日にこの発見に関する短い記事を掲載した。ブラッグが1953年4月8日にベルギーで開催されたタンパク質に関するソルベイ会議で行った最初の発表は、報道されなかった。1962年、ワトソン、クリック、モーリス・ウィルキンスは、DNAの構造を解明した功績により、ノーベル生理学・医学賞を共同受賞した。

ワトソンとクリックのモデルは、発表されるやいなや大きな注目を集めた。1953年2月21日に結論に達したワトソンとクリックは、2月28日に最初の発表を行った。1957年の影響力のある発表で、クリックは「分子生物学の中心教義」を提示し、DNA、RNA、タンパク質の関係を予見し、「配列仮説」を明確にした。二重らせん構造によって示唆された複製機構の決定的な確認は、1958年のメセルソン・スタール実験という形で続いた。メッセンジャーRNA（mRNA）は、1961年にブレンナー、メセルソン、ジェイコブによってDNA配列とタンパク質合成の中間体として同定されました。^{[ 20 ]}その後、クリックとその同僚の研究により、遺伝暗号はコドンと呼ばれる重複しない3つの塩基の組に基づいていることが示され、ハー・ゴビンド・コラナらが間もなく遺伝暗号を解読しました（1966年）。これらの発見は分子生物学の誕生を表しています。

RNA構造生物学の初期の研究は、1950年代初頭に行われていたDNAの研究とほぼ同時期に始まった。ワトソンとクリックは、1953年の画期的な論文で、リボースの2'OH基によるファンデルワールス力の混雑により、RNAが彼らが提唱したモデル（現在ではB型DNAとして知られているもの）と同一の二重らせん構造をとることができないと示唆した。^{[ 21 ]}このことから、RNAの三次元構造に関する疑問が生じた。この分子は何らかのらせん構造を形成できるのか、できるとしたらどのように形成するのか。DNAと同様に、RNAの初期の構造研究は、繊維回折分析のために天然のRNAポリマーを単離することを中心に行われた。試験したサンプルの不均一性もあって、初期の繊維回折パターンは通常曖昧で、容易に解釈できなかった。 1955年、マリアンヌ・グルンベルク＝マナゴらは、ヌクレオチド二リン酸からリン酸基を切断して重合を触媒する酵素ポリヌクレオチドホスホリラーゼについて記述した論文を発表した。 ^{[ 22 ]}この発見により、研究者らは均質なヌクレオチドポリマーを合成し、それらを組み合わせて二本鎖分子を生成した。これらのサンプルは、これまで得られた中で最も解釈しやすい繊維回折パターンを示し、DNAで観察されたものとは異なる、同族の二本鎖RNAの秩序だったらせん構造を示唆した。これらの結果は、RNAのさまざまな特性と傾向に関する一連の研究への道を開いた。 1950年代後半から1960年代初頭にかけて、RNA-DNAハイブリダイゼーション^{[ 23 ]} 、三重鎖RNA ^{[ 24 ] 、さらには原始的ならせん状配置のRNAジヌクレオチド（GCおよびAU）の小規模結晶構造解析[ 25 ]}など、RNA構造のさまざまなトピックに関する多数の論文が発表された。RNA構造生物学の初期の研究についてより詳細なレビューについては、Alexander Richによる記事「RNA覚醒の時代：初期のRNA構造生物学」^{[ 26 ]}を参照のこと。

1960年代半ば、tRNAのタンパク質合成における役割が集中的に研究されていた。この時点で、リボソームがタンパク質合成に関与していることが示唆され、これらの構造の形成にはmRNA鎖が必要であることが示されていた。1964年の論文で、ワーナーとリッチは、タンパク質合成に活性なリボソームにはA部位とP部位に結合したtRNA分子が含まれていることを示し、これらの分子がペプチジル転移酵素反応を助けているという考えについて議論した。^{[ 27 ]}しかし、かなりの生化学的特性解析にもかかわらず、tRNA機能の構造的基盤は謎のままであった。1965年、ホーリーらは最初のtRNA分子を精製して配列決定し、分子の特定の領域がステムループ構造を形成する能力に基づいて、クローバーリーフ構造を採用していると最初に提案した。^{[ 28 ]} tRNAの単離は、RNA構造生物学における最初の大きな成果であることが証明された。ロバート・W・ホリーの発表後、多くの研究者が結晶学的研究のためにtRNAの単離に取り組み始め、研究を進めながら分子を単離するための改良された方法を開発しました。1968年までにいくつかのグループがtRNA結晶を作製しましたが、これらは品質が限られており、構造を決定するために必要な分解能でのデータが得られませんでした。 ^{[ 29 ]} 1971年、キムらは、天然のポリアミンであるスペルミンを使用してtRNAに結合して安定化させることにより、2～3オングストロームの分解能で回折する酵母tRNA ^PHEの結晶を作製するという、別のブレークスルーを達成しました。^{[ 30 ]しかし、適切な結晶が得られたにもかかわらず、tRNA PHE} の構造はすぐには高分解能で解明されませんでした。むしろ、重金属誘導体の使用に関する先駆的な研究と、分子全体の高品質の密度マップを作成するためにかなりの時間を要しました。1973年、キムらは、彼らはtRNA分子の4オングストロームのマップを作成し、そのマップ上でバックボーン全体を明確にトレースすることができた。^{[ 31 ]} この解決策に続いて、さまざまな研究者が構造を改良し、それによって塩基対形成やスタッキング相互作用の詳細をより徹底的に解明し、発表された分子の構造を検証する作業を行ったため、さらに多くの解決策がもたらされた。

tRNA ^PHEの構造は、一般的に核酸構造の分野で注目に値する。なぜなら、それはあらゆる種類の長鎖核酸構造（RNAまたはDNA）の最初の解であり、リチャード・E・ディッカーソンによるB型十二量体の解よりもほぼ10年も前のものだったからである。^{[ 32 ]}また、tRNA ^PHEは、RNA構造で観察される多くの三次相互作用を示しており、それらは今後何年も分類され、より詳細に理解されることはなく、将来のすべてのRNA構造研究の基礎となった。

最初のtRNA構造が発表されてからかなりの期間、RNA構造の分野は劇的に進歩しなかった。RNA構造を研究できるかどうかは、RNA標的を単離できるかどうかにかかっていた。これは、他の既知の標的（リボソームなど）を単離して結晶化することがはるかに困難であったため、長年にわたってこの分野を制限することになった。さらに、他の興味深いRNA標的が単に特定されていなかったか、興味深いとみなされるほど十分に理解されていなかったため、構造的に研究するものが単純に不足していた。そのため、tRNA ^PHE構造の最初の発表から約20年間、他のRNA標的の構造はごくわずかしか解明されず、そのほとんどすべてがトランスファーRNAファミリーに属していた。^{[ 33 ]} この残念な範囲の不足は、核酸研究における2つの大きな進歩、すなわちリボザイムの同定と、試験管内転写によるリボザイムの生産能力によって、最終的に克服されることになる。

トム・チェフがテトラヒメナグループIイントロンを自己触媒リボザイムとして関与させた論文^{[ 34 ]} 、およびシドニー・アルトマンがリボヌクレアーゼP RNAによる触媒作用を報告した論文^{[ 35 ]}に続いて、1980年代後半にはハンマーヘッドリボザイムを含む他のいくつかの触媒RNAが同定された^{[ 36 ]}。1994年、マッケイらは、DNA基質への結合によってリボザイムの自己触媒活性が阻害される「ハンマーヘッドRNA-DNAリボザイム-阻害剤複合体」の構造を2.6オングストロームの分解能で発表した^{[ 37 ]} 。この論文で発表されたリボザイムのコンフォメーションは、最終的にいくつかの可能な状態の1つであることが示され、この特定のサンプルは触媒活性を示さなかったが、その後の構造によってその活性状態の構造が明らかになった。この構造に続いて、ジェニファー・ダウドナがテトラヒメナグループIイントロンのP4-P6ドメインの構造を発表しました。これは、もともとチェフによって有名になったリボザイムの断片です。^{[ 38 ]}この出版物のタイトルの2番目の句「RNAパッキングの原理」は、これら2つの構造の価値を簡潔に示しています。初めて、よく記述されたtRNA構造と、トランスファーファミリー以外の球状RNAの構造との比較が可能になりました。これにより、RNA三次構造の分類の枠組みを構築することが可能になりました。モチーフ、フォールド、およびさまざまな局所的な安定化相互作用の保存を提案することが可能になりました。これらの構造とその意味に関する初期のレビューについては、ダウドナとフェレ・ダマーレによる「RNAフォールド：最近の結晶構造からの洞察」を参照してください。 ^{[ 39 ]}

結晶学による全体構造決定の進歩に加えて、1990年代初頭には、 RNA構造生物学における強力な技術としてNMRが導入されました。大規模なリボザイム構造が結晶学的に解明されるのと同時に、小さなRNAや薬剤やペプチドと複合体を形成したRNAの構造がNMRを用いて多数解明されました。^{[ 40 ]}さらに、1997年に発表された単離されたテトラループ受容体モチーフ構造の決定に代表されるように、NMRは結晶構造の調査と補完にも使用されるようになりました。^{[ 41 ]}このような調査により、大きなRNA分子の全体的な折り畳みを安定化させる塩基対形成と塩基スタッキング相互作用をより正確に特徴づけることが可能になりました。 RNAの三次構造モチーフを理解することの重要性は、テトラループモチーフを特定したMichelとCostaの論文で予言的に的確に述べられています。「自己折り畳みRNA分子が比較的少数の三次モチーフのみを集中的に利用しているとしても、驚くべきことではありません。これらのモチーフを特定することはモデリング作業に大いに役立ち、大きなRNAの結晶化が困難な作業である限り、モデリング作業は不可欠であり続けるでしょう。」^{[ 42 ]}

1990年代半ばのRNA構造生物学の復活は、核酸構造研究の分野にまさに爆発的な発展をもたらしました。ハンマーヘッド構造とP4-6構造の発表以来_{、この分野には数多くの重要な貢献がなされてきました。最も注目すべき例としては、}グループIおよびグループIIイントロンの構造^{[ 43 ]}、そしてトーマス・シュタイツの研究室でネナド・バンらが解明したリボソームの構造^{[ 44 ]}が挙げられます。最初の3つの構造はin vitro転写を用いて作成され、NMRは4つの構造すべての部分的な構成要素の調​​査に役割を果たしており、RNA研究において両方の技術が不可欠であることを証明しています。ごく最近では、2009年のノーベル化学賞が、リボソームの構造研究に対してアダ・ヨナス、ベンカトラマン・ラマクリシュナン、トーマス・シュタイツに授与され、RNA構造生物学が現代分子生物学において重要な役割を担っていることが示されました。

タンパク質は、18世紀にアントワーヌ・フルクロワらによって、独立した生物学的分子群として認識されました。この群に属する物質（「アルブミノイド」、Eiweisskörper、またはmatières albuminoidesと呼ばれる）は、熱や酸などの様々な処理によって凝固または凝集する性質を持つことで知られていました。19世紀初頭の有名な例としては、卵白のアルブミン、血清アルブミン、フィブリン、小麦グルテンなどが挙げられます。卵白の加熱と牛乳の凝固との類似性は古代から認識されており、例えば、卵白タンパク質の名称であるアルブミンは、大プリニウスがラテン語のalbus ovi（卵白）から名付けたものです。

オランダの化学者ゲルハルダス・ヨハネス・ムルダーは、イェンス・ヤコブ・ベルセリウスの助言を受けて、一般的な動物性および植物性タンパク質の元素分析を行った。驚くべきことに、すべてのタンパク質はほぼ同じ経験式、おおよそC ₄₀₀ H ₆₂₀ N ₁₀₀ O _{120で、個々の硫黄原子とリン原子が含まれていることがわかった。ムルダーは2つの論文（1837年、1838年）でその研究結果を発表し、タンパク質の基本物質（} Grundstoff ）は1つだけであり、それは植物によって合成され、動物が消化によって植物から吸収されるという仮説を立てた。ベルセリウスはこの理論の初期の提唱者であり、1838年7月10日付の手紙でこの物質に「タンパク質」という名称を提案した。

彼がフィブリンとアルブミンの有機酸化物に提案した「タンパク質」という名前は、ギリシャ語のπρωτειοςから派生させたかった。なぜなら、それは動物栄養の原始的または主要な物質であるように思われるからだ。

モルダーは、タンパク質分解の産物であるアミノ酸 ロイシンを特定し、その分子量が（ほぼ正確な）131 Daであることを発見した。

マルダーの分析によって示唆された最小分子量は約 9 kDaであり、研究対象となっている他の分子よりも数百倍も大きかった。そのため、タンパク質の化学構造 (その一次構造) は、フレッド・サンガーがインスリンの配列を決定する1949 年まで活発な研究分野であった。タンパク質はペプチド結合で連結されたアミノ酸の線状ポリマーであるという (正しい) 理論は、1902 年に同じ会議でフランツ・ホフマイスターとエミール・フィッシャーによって独立に同時に提唱された。しかし、一部の科学者は、そのような長い高分子が溶液中で安定である可能性に懐疑的であった。その結果、タンパク質の一次構造に関する数多くの代替理論が提唱された。例えば、タンパク質は小分子の集合体であるというコロイド仮説、ドロシー・ウィンチのシクロル仮説、エミール・アブデルハルデンのジケトピペラジン仮説、トロエンスガード (1942) のピロール/ピペリジン仮説などである。これらの理論のほとんどは、タンパク質の消化によってペプチドとアミノ酸が生成されるという事実を説明するのに困難を抱えていた。最終的に、テオドール・スヴェドベリは分析超遠心法を用いて、タンパク質が明確な組成を持つ高分子（コロイド混合物ではない）であることを示した。一部のタンパク質がそのような高分子の非共有結合による会合である可能性は、ギルバート・スミソン・アデア（ヘモグロビンの浸透圧を測定することによって）によって、そして後にフレデリック・M・リチャーズがリボヌクレアーゼSの研究によって示された。タンパク質の質量分析は、翻訳後修飾の同定に長らく有用な技術であり、最近ではタンパク質の構造を調べるためにも用いられている。 

ほとんどのタンパク質は、最新の方法を用いてもミリグラム以上の量で精製することは困難です。そのため、初期の研究は、血液、卵白、さまざまな毒素、食肉処理場から得られる消化/代謝酵素など、大量に精製できるタンパク質に焦点を当てていました。第二次世界大戦中、兵士の生存を助けるために血液タンパク質を精製するプロジェクトをエドウィン・ジョセフ・コーンが主導し、多くのタンパク質精製技術が開発されました。1950年代後半、アーマー・ホットドッグ社は、 1  kg (= 100万ミリグラム) の純粋なウシ膵臓リボヌクレアーゼ Aを精製し、世界中の科学者に低価格で提供しました。^{[ 45 ]} この寛大な行為により、RNase  A はその後数十年にわたって基礎研究の主要タンパク質となり、いくつかのノーベル賞につながりました。

タンパク質の折り畳みの研究は、1910年にハリエット・チックとCJ・マーティンによる有名な論文から始まった。この論文で彼らは、タンパク質の凝集は2つの異なるプロセスから成り立っていることを示した。すなわち、溶液からのタンパク質の沈殿に先立って、変性と呼ばれる別のプロセスがあり、このプロセスではタンパク質の溶解度が大幅に低下し、酵素活性を失い、化学反応性が高まった。1920年代半ば、ティム・アンソンとアルフレッド・ミルスキーは、変性は可逆的なプロセスであると提唱した。これは正しい仮説であったが、当初は一部の科学者から「ゆで卵を茹で直す」と揶揄された。アンソンはまた、変性は2状態（「全か無か」）のプロセスであり、1つの基本的な分子遷移によって溶解度、酵素活性、化学反応性が劇的に変化すると示唆した。さらに彼は、変性に伴う自由エネルギーの変化は、一般的な化学反応に伴う変化よりもはるかに小さいと指摘した。 1929年、呉賢は、変性はタンパク質のアンフォールディングであり、アミノ酸側鎖が溶媒に露出する純粋な立体構造変化であるという仮説を立てた。この（正しい）仮説によれば、脂肪族側鎖や反応性側鎖が溶媒に露出するとタンパク質の溶解度が低下し、反応性が高まる一方、特定の立体構造が失われると酵素活性が失われる。呉の仮説はもっともらしいと考えられたものの、タンパク質の構造や酵素学についてほとんど知られておらず、溶解度、酵素活性、化学反応性の変化は他の要因によって説明できる可能性があったため、すぐには受け入れられなかった。1960年代初頭、クリス・アンフィンセンは、リボヌクレアーゼAのフォールディングは外部補因子を必要とせずに完全に可逆的であることを示し、折り畳まれた状態がタンパク質の自由エネルギーの全体的な最小値であるというタンパク質フォールディングの「熱力学的仮説」を検証した。

タンパク質折り畳みの仮説に続いて、折り畳まれたタンパク質構造を安定化させる物理的相互作用の研究が行われた。ドロシー・リンチとアーヴィング・ラングミュアは、疎水性相互作用がシクロル構造を安定化させるメカニズムとして重要な役割を果たすという仮説を立てた。JD・バーナルらが支持したものの、この（正しい）仮説はシクロル仮説とともに否定され、1930年代にはライナス・ポーリングらによって反証された。ポーリングは代わりに、タンパク質構造は主に水素結合によって安定化されるという考えを提唱した。この考えは、ウィリアム・アストベリー（1933年）によって最初に提唱されたものである。驚くべきことに、ポーリングの水素結合に関する誤った理論は、タンパク質の二次構造要素であるαヘリックスとβシートの正しいモデルにつながった。疎水性相互作用は、1959年にウォルター・カウズマンが発表した変性に関する有名な論文によって、本来の重要性を取り戻した。この論文は、カジ・リンデルストロム＝ラングの研究を部分的に基にしている。タンパク質のイオン性はビェルム、ウェーバー、アルネ・ティセリウスによって実証されたが、リンデルストロム＝ラングは、電荷は一般的に溶媒にアクセス可能であり、互いに結合していないことを示した（1949年）。

球状タンパク質の二次構造および低解像度の三次構造は、当初、分析超遠心分離やフロー複屈折などの流体力学的手法によって研究されました。タンパク質構造を調べるための分光学的手法（円偏光二色性、蛍光、近紫外および赤外吸収など）は1950年代に開発されました。タンパク質の最初の原子分解能構造は、1960年代にX線結晶構造解析によって、1980年代にNMRによって解明されました。2019年現在タンパク質データバンクには、15万を超える原子分解能のタンパク質構造が登録されている。近年では、巨大高分子複合体のクライオ電子顕微鏡観察によって原子分解能が達成され、小さなタンパク質ドメインの計算による構造予測も原子分解能に近づいている。