所谓传染性蛋白，是指一类由肽链b-折所形成的具有特殊结构的蛋白质，它能够象DNA或RNA一样自我“繁殖”，但它不是以自身的氨基酸序列为模板来合成新的蛋白，而是复制自己的特殊构型。由于这种蛋白能诱使其它蛋白转变为和它自己相同的形状，因而被叫做传染性蛋白。
biology），即信息在生物大分子之间的流动是有方向性的：DNA（脱氧核糖核酸）分子中储存的信息可以经过mRNA（信使核糖核酸）流向蛋白质分子，RNA（核糖核酸，包括信使核糖核酸）中的信息也可以反向传递回DNA，但是储存在蛋白质分子中的信息是不能反向传回RNA或者DNA的。
DNA（deoxynucleic acid）是由四种脱氧核苷酸线性链接而成的生物大分子，它们是：脱氧腺苷酸、脱氧鸟苷酸、脱氧胞苷酸和脱氧胸苷酸，分别用A、G、C、T代表。“脱氧”（deoxy）并不是说这些核苷酸分子中没有氧原子了，而是核苷酸的组成成分之一的核糖中，一个羟基（-OH）被氢原子（-H）所取代，它少了一个氧原子。四种脱氧核苷酸在DNA中的排列顺序（即序列）就是DNA储存信息的方式，类似于英文26个字母按一定顺序排列就可以写出含有信息的文章。
DNA作为遗传因子为蛋白质中的氨基酸序列编码，每三个核苷酸序列对应一种氨基酸，称为蛋白“三连码”（triplet
code）。例如GAT对应天冬氨酸，GAA对应谷氨酸，AGA对应精氨酸，CAC对应组氨酸等。在基因表达（信息输出）过程中，先转录（transcription，意思是“信息转抄”）在mRNA上，即以DNA为模板合成的mRNA与模板DNA分子有相同的序列，包括为蛋白编码的三联码，只是脱氧胸苷酸T变成了尿苷酸U，脱氧核糖变成了核糖。接下来mRNA分子作为DNA的“替身”，在核糖体中指导蛋白质分子的合成，即核糖体按照mRNA中三联码出现的顺序，把对应的氨基酸依次加上，蛋白质就被合成了。这个过程叫做“转译”（translation），意思是说核苷酸序列中存储的信息被“翻译”为蛋白分子中的氨基酸序列了。
由于RNA和DNA都是核酸，化学结构极其相似，它们之间也可以进行碱基配对，所以储存在RNA分子中的信息可以反向流回DNA，即以RNA为模板合成DNA。这个过程叫“反转录”（reverse
transcription），意思是把以DNA模板合成RNA的转录过程反过来。同样，RNA也可以用自身作模板合成RNA，这使得含RNA的病毒能够复制自己的RNA。总之，RNA和DNA一样，它们所含的信息都是可以输出的。
但是，蛋白质分子就不一样了。虽然蛋白质分子的氨基酸序列如同DNA分子的脱氧核苷酸序列一样也含有信息，而且它和DNA中编码部分的信息是等价的（二者有对应关系），但蛋白质中的信息不能被生物读取而加以利用，也就是蛋白质分子中包含的信息不能反向转变为RNA分子中的核苷酸序列或DNA分子中的脱氧核苷酸序列。同时，蛋白质也不能象DNA和RNA那样以自身为模板来合成新的蛋白质。从理论上讲，既然蛋白质分子中的氨基酸序列是遗传密码，它就应该具有复制再造功能，然而自中心法则提出之后的几十年，遗传信息从蛋白质分子流回mRNA或DNA分子的机制还没有被发现，或许根本就不存在。
DNA除了为蛋白质编码之外，它还是基因的“开关”，控制基因表达在什么时候、什么地方输出信息来合成RNA和蛋白质。显然，没有为蛋白质编码的信息，蛋白质无法被合成；没有基因的“开关”，就不能恰好合成不同的蛋白质。对于蛋白质分子中的信息，既然它不能输出，蛋白质也就不能作为遗传物质把生物的信息传给下一代。这表明引起传染病的生物，无论是细菌、病毒（某些）、还是真核生物（例如疟原虫），都必须含有DNA或者RNA，否则这些生物在寄主中就无法繁殖，而蛋白质不能将自身的信息输出来合成DNA或者复制自己，在理论上它就不可能引起传染病。
令人惊讶的是，上述理论预期在上世纪90年代被意外地打破了，这就是单纯由蛋白质引起的传染病：疯牛病和痒羊病。
1.疯牛病和痒羊病是通过蛋白质传染的疾病
encephalopathy，BSE），俗称“疯牛病”。十几万头牛受到感染，病牛的中枢神经系统发生病变，脑组织出现海绵样空洞。病牛行为反常、步履不稳、对触摸非常敏感，躯体消瘦，最后死亡。追查疯牛病传染的途径，发现欧洲一些国家使用牛被屠宰后废弃的组织和骨头制成饲料“肉骨粉”（Meat
and Bone Meal），疯牛病就是通过肉骨粉传染的。
人进食同类生物的组织也能被传染上疾病，例如巴比亚新几内亚的弗雷人所患的库鲁病（Kuru）。患者身体震颤（Kuru），行动失调，脑退化痴呆，发音困难，情绪不稳，突然爆发笑声，吞咽困难，常常在症状出现后数月之内死亡。调查发现，这种疾病与当地的一种习俗有关：弗雷人在葬礼仪式上会吃掉死者的身体，他们认为这样可以帮助死者的灵魂得到释放。20世纪60年代停止了这种风俗，死于库鲁病的人大幅下降，从1957年的200人死亡到2005年的零死亡。这说明库鲁病是通过吃死者的身体传染的。为了确定这种病理机制，美国科学家从一个死于库鲁病的弗雷女孩身上取得脑组织，将其移放到黑猩猩的脑部，结果一只黑猩猩在不到两年的时间内就发展出了库鲁病，从而不仅证明了病人的脑组织是传染源，而且表明可以跨物种传播。
disease，CJD）与疯牛病类似，这种神经系统的病变，最早由德国病理学家和在1920年记述。患者记忆出现问题，行为改变，运动失调，随后出现痴呆，通常在症状出现后一年之内死亡。克-雅氏病和库鲁病一样可以跨物种传播，将克-雅病人的脑组织移放到黑猩猩的大脑上，黑猩猩也会患同样的病。如果人吃了受疯牛病感染的牛脑、内脏和肉，也会得类似的海绵状脑病，它与已经发现的人类克-雅氏病类似，叫做变异型克-雅氏病（Variant Creutzfeldt–Jakob
在确定了这类疾病的传染途径之后，追踪致病原则不是来自疯牛病的病牛，而是来自于类似疯牛病的羊神经系统疾病，叫做“痒羊病”（Scrapie，“刮擦”的意思）。痒羊病早在1732年之前就被发现，病羊在树上、石头上或羊栏上摩擦身体，以至于羊毛都被磨掉。与疯牛病的牛类似，感染痒羊病的羊也会步履不稳，行动困难，消瘦，最后死亡。
疯牛病和库鲁病是因为进食同类动物的组织被传染的，可是羊并不会吃其它羊的组织。也许感染源是羊的尿液、唾沫或者胎盘，这些物质在掉入土壤后，致病因子会长期存留在土壤中，而羊有吃土的习惯，由此感染上了疾病。
鉴定痒羊病的感染源是一个漫长而困难的过程。在多年的研究中，对痒羊病致病因子的假说有十几种，包括各种病毒、类病毒（viroids）、螺原体（spiroplasma，一种致病的原核生物）、肉孢子虫（Sarcosporidia，一种寄生虫）、裸露的DNA、被多糖包裹的DNA、结合在细胞膜上的DNA、多糖等。研究的突破是由美国科学家Stanley
Prusiner 于1982年做出的。他通过大量的实验，证明致病因子并不如许多人所预期的那样含有DNA或者RNA，而仅仅是蛋白质的缘故。
实验表明，能够使核酸分解的各种核酸酶，包括多种能水解DNA和RNA的酶，它们都对致病因子的效能没有影响；能够破坏DNA和RNA的紫外辐射也没有效果。为了进一步证明致病因子不含核酸或者病毒，Prusiner还使用了硝酸锌（能使DNA和RNA水解）、补骨脂灵（psoralens，在光照时会和DNA形成共价链接，从而破坏DNA的功能）、羟胺（hydroxylamine，能够杀死绝大多数病毒），这些物质都不能使致病因子的致病性消失。
相反，能够使蛋白结构受到破坏的处理都能够使致病因子的效能消失，包括水解蛋白的蛋白酶（蛋白酶K和胰蛋白酶）、使蛋白质结构破坏的十二烷基磺酸钠（SDS）、硫氰酸胍（guanidiniumthiocyanate）、苯酚（phenol）、尿素、焦碳酸二乙脂（diethylpyrocarbonate，使蛋白质侧链被乙脂基化而失去功能）。
particles）。他把由Pro和in 组成Proin对调了o和i的次序，变成了“prion”。由于prion像病毒一样可以传染疾病，国内将其译为“朊病毒”，“朊”就是蛋白质的意思。
在没有DNA或RNA的情况下仅凭蛋白质就可以传染疾病，这是一个破天荒的发现，他与克里克提出的中心法则明显相抵触。在prion蛋白还没有被提纯鉴定并证明其功能之前，Prusiner本人也没有十足把握。他在1982年的论文章中把这种蛋白传播疾病的现象称为“异端”（heretical），也没有排除致病因子是由蛋白紧紧包裹的核酸组成的可能性。尽管如此，Prusiner还是第一个明确提出了蛋白质是致病因子，并在随后的研究中继续做出贡献。Prusiner的工作最终改变了人们的传统观念，他也因此获得了1997年的诺贝尔生理或医学奖。
1984年，Prusiner用提取于痒羊病的致病原，成功地在兔子身上诱导出抗体。使用这个抗体，他在1985年证明引起人类克-雅氏病的致病原是同一种蛋白，也是Prion。使用同样的抗体，科学家在1989年证明引起疯牛病的也是Prion蛋白。这样就明确了在牛、羊、人身上发现的传染性神经系统疾病，都是由同一种蛋白——Prion引起的。
1985年科学家提取致病因子，测定了其中蛋白质的部分氨基酸序列，找到了这个蛋白编码的基因，并命名为Prn-p（Prion Protein，基因的名称）。实验显示，将小鼠的这个基因敲除，小鼠就不再被致病因子感染，证实了这个基因与疾病直接有关。
即使如此，仍然有人对蛋白自身就能传染疾病心存疑虑，他们认为致病原是从动物组织中提取的，不能担保里面绝对没有病毒。2004年，Prusiner在大肠杆菌中表达了小鼠的prion蛋白片段（残基89-230），在体外将Prion蛋白片段形成小纤维后，再引入表达同样Prion蛋白片段的转基因小鼠脑中，引起了小鼠的神经病变。2013年，中国科学家和美国华裔科学家合作，在大肠杆菌中表达小鼠的prion蛋白片段（残基23-230），将提纯的蛋白用超声处理后，再引入正常小鼠脑中，也成功地产生了与痒羊病类似的神经系统症状。由于大肠杆菌不含有任何动物组织，这些实验令人信服地证明单一蛋白确实可以引起传染性疾病。
2.结构发生了改变的蛋白质引起传染性疾病
蛋白质分子能够传递疾病的“异常”现象促使科学家对其机制进行研究。现已发现，引起疾病的prion蛋白和生物本身的“正常”prion蛋白虽然是同一种蛋白，其氨基酸序列也相同，但二者具有不同的结构。
正常的prion蛋白位于细胞膜的表面，通过糖脂与细胞膜相连，叫做PrPc（“c”表示cellular，细胞的），其生理功能还不很清楚。引起疾病的Prion蛋白形状不同，叫做PrPsc（“sc”表示scrapie，痒羊病），意思是引起痒羊病的蛋白质。重要的是，这种改变了形状的prion蛋白以自身作为模板，将正常的prion蛋白变成自己的形状，即不断地把PrPc变成PrPsc，使得体内的PrPsc越来越多，形成纤维状的聚合物，再积累形成“淀粉样”（amyloid）的斑块，导致神经组织的损伤。
这种蛋白质具有输出信息的生理功能，能够象DNA或RNA一样自我“繁殖”。但它并不是以自身的氨基酸序列为模板来合成新的prion蛋白，而是复制自己的特殊构型。它输出的信息不是氨基酸序列，而是分子形状的信息。这与中心法则关于蛋白质分子不输出信息的理论相悖。
PrPsc的繁殖需要PrPc作为原料，据此这可以解释为什么小鼠被敲除Prn-p基因后不会染上痒羊病，因为小鼠没有Prn-p基因就不能合成PrPc，也就是切断了PrPsc繁殖的原料。
随后的研究发现，能够引起疾病的蛋白质不只Prion一种，而是有许多种，包括引起老年痴呆症的淀粉样前体蛋白APP（）。这些蛋白都具有复制自己结构的能力，也具有传染性。不过，与PrPsc可以传染给其它动物不同，而这些蛋白质只在动物体内复制自己，它不传染给其它动物，但其致病原理和PrPsc是一样的。
3.蛋白质分子中肽链的折叠机制
蛋白质在生命活动中除了催化细胞内数千种化学反应，它还对细胞结构、躯体构成、生物防卫、信息传递等方面起关键性作用，其中“信息传递”不是指蛋白分子自身信息的输出，而是传递细胞内外的信息，比如细胞表面的受体蛋白能接收外部信息，包括光信号、机械振动、温度、压力、酸碱度、渗透压以及调节细胞生长分化的信号等。不同的生理功能不仅需要不同的蛋白质，还需要蛋白质分子具有特定的结构和形状。那么，为什么传染性蛋白会有两种不同的结构呢？
从理论上讲，建造不同结构和形状的生物大分子可以走两条路线：一是分叉式的灌木状途径，一是不分支的线性途径。前者在每个分支处都需要专门的酶，这使得生物大分子的合成和分解都显得困难，所以这一途径只限于支链淀粉和多糖这类相对简单的分子；后者是不分支的生物大分子，它只需要一种酶就可以将组成单元合成大分子或将大分子分解为组成单元。核酸（DNA、RNA）和蛋白质都是线性链接的生物大分子，其线性特点像一根细长的绳子，因而它可以“绕”成不同的形状。
蛋白质由20种氨基酸线性链接而成，每个氨基酸分子都有一个中心碳原子，叫a-碳原子。这个碳原子与其它原子所形成的四个化学键在空间上呈对称性，其空间构型就象是一个正四面体，与碳原子相连的四个原子分别位于四面体的四个顶角上，而碳原子位于四面体的中心。
氨基酸的四面体构型在四个顶点上分别连接氨基（-NH2）、羧基（-COOH）、功能基团和一个氢原子。其中氨基和另外一个氨基酸分子上的羧基通过脱掉一个水分子而连到一起，从而形成肽键（peptide
bond，-CO-NH-，其中的氧原子只与碳原子相连，氢原子只与氮原子相连）。多个氨基酸分子的这种线性链接就是肽链（peptide）。氨基酸分子的功能基团不参与肽链的形成，它朝外侧伸出，像长绳子上横向伸出的短绳子，即所谓的侧链。肽链会卷曲成为功能状态的形状，就是我们通常所说的蛋白质（protein）。
肽键中的碳-氮键看似单键，其实，氮原子上有未配键电子，它和碳-氧双键中的π电子部分重叠，所以这个碳-氮键具有部分双键性质。肽键中碳-氮键和碳-氧键的4个原子位于同一个平面上，其相对位置无法改变，像是具有“刚性的片”。与前述情况不同，a-碳原子与羧基中的碳原子、与氨基中的氮原子之间的化学键是真正的单键，所以羧基碳原子和氨基氮原子可以转动，并且它们会带着相连的分子部分一起转动。由于这两条化学键不在同一平面内，就容易导致肽链的形状发生改变，使得线性蛋白质分子卷成特定三维结构成。在生物化学中，“卷”的专业名词是“折叠”（fold）。
对于肽链是如何折叠成具有一定三维结构的分子，这个问题非常复杂，如果从分子之间的作用力来考虑，即使是目前世界上功能最强大的计算机也无法加以模拟。但是，我们可以形象地描述肽链折叠的过程。
肽键上的氧原子和氮原子的电负性较强，它们能从相连原子上得到共享电子，所以肽键（-CO-NH-）中的氧原子和氮原子都带部分负电，而与氮原子相连的氢原子则带部分正电。因此，肽键上的氧原子可以和同一肽链中的另一个肽键上的氢原子发生电荷吸引，从而形成氢键（hydrogen
bond）。这种氢键不是共价键，它是分子内或分子之间的相互作用所形成的。
一条肽链包含许多肽键，但不是任何两个肽链之间都可以形成氢键。a-碳原子上的化学键也不是随机任意旋转，因为带有侧链的氨基酸在空间转动会有很多障碍因素，这就使得相邻或者相距太近的肽键之间无法形成氢键。
可能形成比较稳定氢键的情况有两种：
一种是肽链卷成右旋的螺旋状，每个肽键上的氧原子和相隔3个（即第4位）肽键上的氢原子形成氢键。这种情况每3.6个氨基酸单位绕一圈，形成所谓的a-螺旋（a-helix）。这样的螺旋在总体上像一根“圆棍”，侧链从圆棍上伸出，就好像树干每3.6圈长出一片树叶。a-螺旋是蛋白质分子中最重要的基本结构之一，它上面伸出的侧链的性质决了这段螺旋的亲水性或亲脂性，比如蛋白分子穿越细胞膜就是通过亲脂的a-螺旋来实现的。
另一种在肽键之间形成氢键的方式不是肽链卷成螺旋状，而是肽链中的一些片段伸直，在这些伸直的片段之间的肽链则是弯曲的。伸直的片段平行排列在一起，就象一根绳子在平面上来回弯曲，形成多条平行的伸直部分。肽链片段具有方向性，回形针型排列的伸直肽链片段可以是同方向的，也可以先在空中“绕一圈”再折叠成相反的方向。出现反向折叠的情况，伸直肽链片段之间就可以形成氢键。大量这类氢键的形成将使伸展肽链组成一个大致的。当然，其亚构型仍然是皱褶的，多个伸直肽链片段也不一定完全都在一个平面上，有的可能是拓扑扭转一类的平面。但不论如何，这样形成的结构都叫做b-折叠（b-sheet），它是蛋白质分子中另一个重要的基本结构。
简单来说就是，a-螺旋像“棍”，b-折叠像“片”。
还有一些肽链部分既不在a-螺旋中，也不在b-折叠中，其肽键结构往往无定形。据此可将蛋白质分子分为三类，要么在a-螺旋中，要么在b-折叠中，不然就属于第三类结构。这三种蛋白质各有其空间结构，在不同方向上的光学性质也不一样，它们对左旋圆偏振光或右旋圆偏振光的吸收程度各不相同，这种现象称为“圆二色性”（Circular Dichroism，CD）。通过测定蛋白物质的圆二色性，可以知道其中的a-螺旋和b-折叠的含量。
肽链上的许多侧链也是带电的，例如谷氨酸和天冬氨酸的侧链因为有羧基而带负电，赖氨酸、精氨酸和组氨酸的侧链上因为有氮原子而带正电。丝氨酸的侧链上有羟基（-OH），半胱氨酸的侧链上有巯基（-SH），它们上面的氢原子都带一些正电。这些电荷的彼此作用以及与肽键上的电荷相互作用，都会影响肽链最后形成的形状。有些氨基酸的侧链不显电性，例如丙氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的侧链完全由碳原子和氢原子所组成，它们都不带电。这些侧链无法与水分子之间形成氢键，在水分子之间往往破坏水分子之间的氢键，这种侧链“憎水”，或者说它们被水环境排斥。因此，由这类氨基酸形成蛋白质分子具有“油性”。除了分子内的电荷相互作用，介质也会影响到肽链的构型。
4.细胞防御肽链折叠出现错误的机制
蛋白质分子的是一个极为复杂的过程，肽链折叠可以采取的形状不计其数，也许是一个天文数字。假如蛋白质分子在折叠时随机地尝试所有各种形状，恐怕用亿万年时间也不够。奇怪的是，细胞内的肽链在合成后不到1秒就完成了折叠过程，这又是如何实现的呢？
按照最低能量法则，肽链折叠到能量最低是最稳定形状。肽链处于伸展状态时，许多氢键都没有形成，这相当于储存了许多势能，肽链折叠有如高处的石头向比较低的地方滚，最后到达位置最低的地方。但是，蛋白的氨基酸序列包含了信息，折叠要从一些局部开始，最后扩展到整个分子，而许多肽链在合成尚未完成就开始折叠，所以我们不得不猜测：由于缺乏整体信息，由部分肽链折叠成的形状也许是不正确的构型，它可能对细胞生活产生负面作用。
基因突变也可能影响蛋白的折叠。如果基因突变改变了与肽链折叠有关的氨基酸，蛋白会寻求另外的最低能量状态，也就是不能折叠成正常蛋白的形状了。镰刀形红血球贫血症（Sickle-cell
anaemia，SCA）是患者血红蛋白β-亚基的基因发生了突变，一个碱基从A变成了T，使得第六位的谷氨酸残基（由GAG编码）被缬氨酸残基（由GTG编码）所取代。由于谷氨酸残基的侧链是带负电的，而缬氨酸残基的侧链不带电，这就影响了蛋白质分子中的电荷相互作用，导致蛋白质的形状出现改变，即红血球从碟形变为镰刀形，它不能有效输送氧气。
蛋白在细胞中的浓度过高也会引起折叠变化。许多功能蛋白复合物含有多个蛋白亚基，这就要求每个亚基在细胞中生产的数量必须彼此匹配。如果某个亚基过多或过少，那么其状态就不稳定，必然导致异常折叠。
抗体分子由重链和轻链两种蛋白质组成。为了应对外来侵袭，抗体蛋白用于结合外来物质的可变部分是由DNA小片段随机组合而成的序列编码。这种机制能够从有限数量的DNA片段产生数量极为巨大的DNA序列，但这种机制产生的重链和轻链非常容易转变为Prion型的结构。
即使肽链折叠成了正常蛋白的形状，它也是可以改变的，因为氢键的键能一般不超出10千卡/克分子，远低于共价键近百到几百千卡/克分子的键能，当温度变化明显时容易使氢键破裂。鸡蛋煮熟后蛋清凝固变白就是高温使蛋白中的氢键破裂，肽链伸开互相缠绕的缘故，这个过程叫蛋白质变性（denaturation）。
由于上述种种原因，在新合成的肽链中有大约30%的不能折叠成正确形状或折叠了又发生变性的，这使得细胞演化出了多种机制来减少折叠错误和清除折叠错误的蛋白。
一是细胞发展出了“伴侣蛋白”（chaperones），它结合在尚未完成的肽链上，防止过早出现折叠，并帮助肽链折叠成正确的形状。这些蛋白还能够减少温度升高时蛋白质的变性，当细胞遇到热冲击时，伴侣蛋白的量会相应增多，所以这些蛋白又叫做“热休克蛋白”（heat-shock
protein，hsp）。对于蛋白分子的不可修复的折叠错误，细胞采取的办法就是清除它们。由于细胞质内不能含降解蛋白分子的蛋白酶，不然正常蛋白分子也会被降解，所以细胞的办法是将这些异常蛋白质在蛋白体（proteosome）中或者在溶酶体（lysosome）中降解。
蛋白体是由多个蛋白亚基组成的圆筒形结构，中段的内面有蛋白酶活性，可以把进入筒内的蛋白质（伸展肽链）水解为氨基酸。由于这种蛋白酶的活性位于圆筒内，它对圆筒外的蛋白质不产生影响。另一方面，细胞只让要被清除的蛋白进入蛋白体，给它打上“标签”，这个“标签”也是一种蛋白质分子，它广泛存在于各细胞中，叫做“泛素”（ubiquitin）。因此，只有被泛素标记了的蛋白质才能被蛋白体识别并让其进入圆筒内。
折叠错误的蛋白常会彼此结合，聚合成比较大的纤维状团块。虽然这些聚集蛋白也会被打上泛素标签，但由于它们体积太大，蛋白体“啃”不动它们。这时细胞会启动另一种功能——自噬（autophagy）。它是细胞质内形成的半球形膜，像张开的嘴将一部分细胞内容物，包括蛋白凝聚物，甚至一些细胞器如线粒体都吞进去，形成完全由膜包裹的自噬体（autophagosome）。自噬体和溶酶体融合，自噬体中的内容物就进入了溶酶体，在那里被消化掉。
如果折叠异常的蛋白在细胞外凝聚，细胞就不容易清除它们了。疯牛病的Prion蛋白和引起老年痴呆症的A蛋白都是在神经细胞外形成的聚合物或斑块，细胞不能有效除去它们，最后导致细胞死亡。在有的情况下，即使是在细胞内的聚合斑块，细胞也无法清除。也就是说，即使细胞有多种防御和清除机制，仍然有可能会出现细胞外或内留存积累折叠异常的蛋白质，最终导致疾病。
5.传染性蛋白的结构特点和传染性的由来
蛋白分子异常折叠的特殊之处在于原来的a-螺旋和无定形的肽链部分转变为b-折叠。正常的Prion 蛋白（PrPc）中含有大约40%的a-螺旋，几乎没有b-折叠，而在引起痒羊病的Prion蛋白（PrPsc）却有45%的肽链部分出现b-折叠。
PrPsc中的b-折叠可以作为模板，诱使PrPc蛋白发生同样的b-折叠，变成PrPsc型的分子结构。换句话说，PrPsc蛋白具有以自身为模板、以PrPc为原料复制自己的能力。这样的蛋白质之所以具有“传染性”，就在于它到了客体动物体内同样保留了复制自身的本领，即能够把该动物的PrPc改变成为PrPsc。
PrPsc在单分子状态是没有毒性的，但PrPsc分子并不停留在这一步。多个PrPsc分子会通过分子中的b-折叠一层一层地叠加起来，形成细长的纤维状结构，叫做“小纤维”（fibril），它能导致神经细胞坏死。实验显示，用聚合程度不同的PrPsc聚合物来感染豚鼠的大脑，发现含有14～28个PrPsc分子的（聚合程度不高）其毒性最强。目前，还没有弄清楚小纤维杀死神经细胞的机制。
用电观察这些小纤维，发现它们的直径在10
nm左右，不分支。新的PrPsc分子加在小纤维的顶端，使小纤维不断延长，镜检下小纤维长度不一，b-折叠肽链的方向与纤维长轴相互垂直。这叫横向b-折叠（cross -sheet），即小纤维由b-折叠的“片”一层一层地叠加而成，就像盘子叠起来的一大摞。其结构极为稳定，不容易被蛋白酶水解，能耐受高温处理。因此，食用疯牛病牛肉，即使经过充分烹煮或者烧烤，也存在被传染上疾病的危险。
横向b-折叠结构可以用染料刚果红（Congo
Red）染成砖红色。在结合了Prion型的肽链之后，刚果红在可见光范围内的吸收峰会向波长更长的方向移动，从刚果红自身的480
nm变为500nm以上。这个性质可以用来鉴定Prion型的蛋白结构。由于小纤维中b-折叠具有方向性，对偏振光的吸收率随方向而变化，被刚果红染过的PrPsc蛋白在偏振光显微镜中呈苹果绿色。这是一种双折射现象，可以作为鉴定传染性蛋白的另一个特征指标。如果用硫黄素T（Thioflavin
T，ThT）染色，硫黄素T结合在传染性蛋白上之后其荧光强度会增加，发出的荧光峰值也有红移现象，发射谱波长从445
nm移到482nm。显然，这一染色法也是鉴定Prion型蛋白的一个指标。
为什么传染性蛋白能够通过b-折叠聚合成小纤维引起疾病？2017年德国科学家用冷冻电镜成像技术测定了引起老年痴呆症的A纤维的详细结构，终于找到了问题的答案。在正常蛋白分子中，b-折叠的“片”通常被a-螺旋的“棍”隔开，使得“片”不能彼此接触，也就不会出现“片”叠在一起的情形。这些b-折叠的片通过氨基酸残基的侧链，与肽链的其它部分以及介质发生相互作用，保持了蛋白分子大致球形的形状。在这样的蛋白分子中，亲脂的侧链位于分子内部，它不与外界的水接触，亲水的侧链则位于表面，与水亲密接触，形成内部是“油性”、外部是“水性”的分子结构，即所谓的“油滴”模型。传染性蛋白就不同了，它的“片”的中心部分虽然也是亲脂的，但不是“中心油滴”，而是“中心油片”。由于“片”的成遍油性不像“油滴”分子那样被亲水的外部完全包裹，它只是在平面的周围被亲水部分围绕，而上、下两面仍然暴露于介质水溶液中，加之“中心油片”之间没有a-螺旋棍的阻隔作用，所以这样的片能够叠在一起，从而形成不分支的小纤维。这些小纤维的中心部分亲脂，周围亲水，没有被亲水部分包裹成“油滴”。这种结构可以累积叠加，每个肽链形成的“片”都可以无限制地叠加在已经形成的小纤维末端，从而形成越来越长的纤维。
如果把这部分从分子中游离出来，例如把引起老年痴呆症的A片段从它的前体蛋白APP中游离出来，除去那些可以形成a-螺旋的肽链部分，之后形成的b-折叠片也是“中间油性周围水性”，这样的“片”就会出现叠加的情形。包括基因突变造成的b-折叠片也是如此，其具体结构随肽链的不同而不同，沉积的位置以及引起的疾病也不同。这导致了一类因蛋白分子折叠错误所引起的疾病，在医学上通常描述为与传染性蛋白形成“淀粉样”沉积有关，统称“淀粉样变性病”。
