miniatura|Reacció del ciclol clàssica. Dos grups peptídics s'uneixen per enllaç N-C', convertint l'oxigen carbonílico en un grup hidroxil. Si bé aquesta reacció ocorre en uns pocs pèptids cíclics, és desfavorable per l'energia lliure de Gibbs, principalment perquè elimina l'estabilització per ressonància de l'enllaç peptídic. Aquesta reacció és la base de la hipòtesi del ciclol. miniatura|Representació de l'estructura proteica, tal qual és coneguda en l'actualitat, amb els seus tres nivells: a dalt, el nivell primari, compost per la cadena peptídica, la cadena d'aminoàcids; a continuació, els dos models conformacionales característics, l'alfa hèlix (dreta), beta làmina (esquerra), propis de l'estructura secundària; en tercer lloc, el nivell secundari i, sota, el terciari, que detalla alguns dels aspectes volumètrics de la proteïna. La hipòtesi del ciclol és una teoria científica obsoleta considerada el primer model estructural creat per descriure el plegament d'una proteïna globular. Va ser proposada per la matemàtica anglesa Dorothy Wrinch a la fi dels anys 1930 basant-se en tres premisses. Primera, la hipòtesi assumeix que dos grups peptídics poden unir-se mitjançant la reacció del ciclol, formant enllaços covalents anàlegs a enllaços d'hidrogen. Aquestes reaccions van ser observades en els ergopéptidos i altres compostos. En segon lloc assumeix que, en determinades condicions, els aminoàcids tendeixen naturalment a formar el màxim nombre possible d'«enllaços ciclol», donant lloc a molècules de cicloles i estructures de cicloles. Ambdues estructures hipotètiques no han estat mai observades. Finalment, la hipòtesi suposa que les proteïnes globulars tenen una estructura terciària que es correspon amb els sòlids platònics i els poliedres semirregulares formats per estructures de ciclol sense vores lliures. Aquests «cicloles tancats» tampoc han estat observats experimentalment.
Encara que les dades experimentals obtingudes en el laboratori van demostrar que aquest model no es correspon amb la realitat, alguns dels seus elements, com la reacció del ciclol i la hipòtesi de la interacció hidròfoba, són part fonamental del plegament de proteïnes. La hipòtesi del ciclol va obrir el camí a la recerca de molts científics entorn de l'estructura de les proteïnes i la seva reactivitat i va ser la precursora dels models hipotètics de la doble hèlix d'ADN i l'estructura secundària de les proteïnes. La proposta de Wrinch i la comprovació del model es consideren, en la literatura científica, un exemple excel·lent d'aplicació del falsacionisme empíric com a part del mètode científic.
Context històric A mitjan anys 1930 els estudis de ultracentrifugación analítica de Theodor Svedberg van mostrar que les proteïnes posseïen una estructura química definida i no eren un conjunt de petites molècules. Els mateixos estudis aparentment mostraven que el pes molecular de les proteïnes podien classificar-se en uns grups ben definits per nombres enters, com Pmolecular = 2p3q uma, on p i q eren sencers i positius. No obstant això, resultava complicat determinar el pes molecular exacte i el nombre d'aminoàcids d'una proteïna. Svedberg també va demostrar que un canvi de les condicions de la dissolució podia causar que la proteïna es desintegrés en unitats menors, un fet que no semblava coincidir amb el conegut sobre l'estructura quaternària.
En aquella època encara es discutia sobre l'estructura química de les proteïnes. La hipòtesi més acceptada, i que després es demostraria correcta, és que les proteïnes eren polipèptids lineares, això és, polímers no ramificats d'aminoàcids units per enllaç peptídic. No obstant això, una proteïna típica és un polímer molt llarg, format per centenars d'aminoàcids, per la qual cosa bastants científics distingits discutien si una macromolècula tan llarga i lineal podia ser estable en dissolució. A més, l'observació experimental que alguns enzims eren capaços de trencar proteïnes però no pèptids, mentre que unes altres dividien pèptids però no proteïnes plegades provocava seriosos dubtes. Els intents de síntesis de proteïnes en tubs d'assaig van ser fallits, deguts principalment a la quiralidad dels aminoàcids, doncs les proteïnes naturals estan compostes exclusivament d'aminoàcids levógiros. Tots aquests dubtes van fer que es consideressin altres models de proteïnes, com la «hipòtesi de la dicetopiperacina» de Emil Abderhalden. No obstant això, cap model alternatiu va ser capaç d'explicar per què les proteïnes alliberaven només aminoàcids i pèptids per hidròlisis i proteólisis. Com va aclarir Linderstrøm-Lang, aquestes dades experimentals mostraven que les proteïnes desnaturalitzades eren polipèptids, però no aportaven informació sobre l'estructura o el plegament d'aquestes macromolècules, doncs la desnaturalització podia provocar una transformació química que convertís en polipèptids senzills a les proteïnes.
Els processos de desnaturalització de proteïnes, una vegada diferenciats de la coagulació, van ser descoberts en 1910 per Harriette Chick i Charles Martin, però la seva naturalesa exacta seguia sent un misteri. Tim Anson i Alfred Mirsky van demostrar que la desnaturalització era un «procés reversible en dues fases» que donava com a resultat que molts grups funcionals anteriorment plegats estiguessin disponibles per reaccionar, incloent la possibilitat que un enzim tallés la cadena. En 1929, Hsien Wu va proposar correctament que la desnaturalització es produïa pel desplegament de les proteïnes, un canvi purament conformacional que provocava l'exposició de les cadenes d'aminoàcids al dissolvent o a altres reactius. La hipòtesi de Wu va ser també proposada independentment en 1936 per Mirsky i Linus Pauling. No obstant això, els científics no podien encara excloure la possibilitat que la desnaturalització fos un canvi «químic» en l'estructura de la proteïna, una hipòtesi que va ser considerada plausible, encara que remota, fins als anys 1950. miniatura|esquerra|Trànsit de l'estructura primària a l'estructura terciària d'una proteïna segons el model de cadena polipeptídica. La cristal·lografia de rajos X va començar com a disciplina en 1911 i havia avançat ràpidament des de l'estudi de cristalls de sals senzilles a molècules més complexes, com el colesterol. No obstant això, fins a la proteïna més petita té almenys mil àtoms, la qual cosa fa que la seva determinació estructural sigui molt més complexa. En 1934, Dorothy Crowfoot Hodgkin va obtenir dades cristalográficos de l'estructura d'una proteïna petita, la insulina, encara que la seva estructura final no va ser elucidada fins a finals dels anys 1960. No obstant això, les primeres dades de difracció de fibres amb rajos X de escleroproteínas (proteïnes amb estructura de fibra) naturals com la llana o el pèl van ser obtinguts a principis dels anys 1930 per William Astbury, que va proposar alguns models rudimentaris per a l'estructura secundària, com la presència d'hèlixs alfa i beta-làmines.
De la mateixa manera que l'estructura proteica estava poc estudiada en la dècada de 1930, les interaccions físiques responsables de l'estabilització de l'estructura resultaven un misteri. Astbury va proposar que l'estructura de les proteïnes fibroses s'estabilitzava mitjançant enllaços d'hidrogen en les làmines β. La idea que les proteïnes globulars també s'estabilitzaven per puntes d'hidrogen va ser proposada per Dorothy Jordan Lloyd en 1932, i defensada posteriorment per Mirsky i Pauling. En una conferència de Astbury en 1933 a l'Oxford Junior Scientific Society, el físic Frederick Frank va suggerir que la α-queratina, una escleroproteína, podria estabilitzar-se gràcies a un mecanisme alternatiu, la interacció covalent entre els enllaços peptídics segons la reacció del ciclol. Aquesta estructura de cicloles permet que els dos grups peptídics es col·loquin a prop (els àtoms de nitrogen i carboni se situarien a ~1.5 Å, mentre que mitjançant enllaços d'hidrogen se situen a ~3 Å). Considerant la proposta de Frank, J. D. Bernal va suggerir a la matemàtica Dorothy Wrinch que explorés aquesta possibilitat per entendre l'estructura de les proteïnes.
Teoria miniatura|L'estructura de ciclol proposta per Dorothy Wrinch per a una proteïna composta per sis molècules d'alanina. Es tracta d'una hexapéptido en la qual tres grups peptídics estan enllaçats a l'anell central per reaccions del ciclol. Els tres grups externs, no enllaçats, no són plans, sinó que formen un angle diedre ω=60°. Els tres àtoms de color vermell de l'anell central representen els grups hidroxil formats per la reacció del ciclol, mentre que els exteriors corresponen als oxígens dels carbonils. Els àtoms d'oxigen interiors estan separats per només 2,45 Å, una distància extremadament talla fins i tot per a àtoms units per enllaç d'hidrogen. Aquesta molècula hipotètica no ha estat observada en la naturalesa. Dorothy Maud Wrinch va proposar un model complet per explicar l'estructura de les proteïnes basat en la hipòtesi del ciclol. El model bàsic del ciclol va aparèixer per primera vegada en un article de 1936. En ell, Wrinch mostra que els polipèptids poden formar cicles (hipòtesi que es va demostrar correcta) i que aquests anells poden presentar interaccions enllaçants internes mitjançant la reacció del ciclol, hipòtesi que és certa, però que després es va demostrar infreqüent en les proteïnes. Assumint que la forma de ciclol de l'enllaç peptídic pot ser més estable que en forma d'amida, Wrinch va concloure que certs pèptids cíclics formaran el màxim nombre possible d'enllaços tipus ciclol (com el ciclol 6, en la figura). Aquestes molècules tipus ciclol tindrien simetria hexagonal si els enllaços químics tenen la mateixa longitud, aproximadament 1,5 Å; en comparació, els enllacis nitrogen-carboni i C-C tenen una longitud d'1,42 Å i 1,54 Å, respectivament.
Aquests anells poden estendre's indefinidament per formar una estructura de cicloles, que mostren un ordre extens i gairebé cristal·lí que Wrinch va proposar com a adequat per englobar centenars de residus d'aminoàcids, com en el cas d'una proteïna. A més, les seves cadenes laterals apunten axialment cap amunt només des d'una cara, és a dir, una de les cares de l'estructura és completament independent de l'estructura primària del pèptid, la qual cosa podria explicar les propietats independents de la seqüència de la cadena que mostren les proteïnes.
En el seu article inicial, Wrinch exposa clarament que el model del ciclol és simplement una «hipòtesi de treball», una hipòtesi potencialment vàlida que havia de contrastar-se amb les dades empíriques. El seu èxit radica a proposar un model ben definit i examinable, de tal manera que es podia utilitzar per predir resultats experimentals. No obstant això, els experiments realitzats en els anys següents van demostrar que la hipòtesi del ciclol no era vàlida per a les proteïnes globulars.
Energia d'estabilització En dues cartes conjuntes al director (1936), Wrinch i Frank contesten a la pregunta de si la forma de ciclol per al grup peptídic és més estable que la forma d'amida. Les amidas es formen a partir dels grups amino dels aminoàcids segons els següents mecanismes: centre A més, les amidas estan fortament estabilitzades per efecte mesómero: el parell d'electrons lliures del nitrogen es deslocalitza en el carbonil, formant un doble enllaç parcial. L'acetamida resultant és descrita alhora per les dues formes ressonants, col·laborant la primera en un 62% i la segona en un 28%. centre|420x420px