蛋白質從頭設計成功地從頭設計一個蛋白質或活性位點必須正確理解所有相關問題，尤其是理論及設計相當關鍵。由于設計的蛋白質是由一個算法(algorithm)、采用一組描述相互作用的參數而產生，因此在設計參數和蛋白質特性之間可以建立直接的實驗聯系。 (一)設計策略設計的一般策略是“設計循環”(designcycle)，就是理論設計和實驗驗證交互進行，逐步發展。首先由一個算法，基于某些理論和研究結果，設計出初始分子模型；然后實際構建這個分子，用各種手段分析，尋找成功或失敗或不理想的原因；接著修改算法、參數、理論基礎，改進模型，進行重新設計，如此循環反復。在這個過程中，復雜程度漸進提高，對蛋白質結構和功能的理解也逐漸深刻豐富起來。 (二)須考慮的相關因素具體設計中要考慮的因素較多，例如要正確選擇二級結構傾向性的殘基，正確布置適應目標結構的“二元模式"(binarypattern)。正確選擇轉角、帽結構以連接和終止螺旋，正確選擇適應于堆積核心的疏水側鏈。另外，還可以導人內部的極性作用，主要有二元模式、二級結構傾向性、互補堆積(complementarypacking)等。所謂二元模式指的是氨基酸的親疏水性在編碼結構中的作用。對殘基的親疏水性的考慮幾乎是設計中的唯一標準，是最重要的因素。天然蛋白質折疊時，總是盡可能將疏水殘基埋進內部，而將親水殘基暴露在表面。二元模式的作用可能主要在二級結構上發揮出來，二級結構具有周期性，沿主鏈殘基的親疏水性也是有周期性的，并與二級結構相適應。對已知結構數據庫的統計分析表明，各種氨基酸在不同的二級結構中出現的頻率是不同的，就是說各種氨基酸形成不同二級結構的傾向性是不同的，這就是所謂的二級結構傾向性。設計時應將合適的氨基酸安排在其傾向的二級結構中，特定的序列還可以成為某種二級結構的起始或終止信號。設計中還要考慮到“互補堆積”，即天然蛋白質核心中的側鏈相互鑲嵌地堆積在一起，幾乎不留出什么空間。這種作用可使疏水作用盡量得大，又不至于引起擁擠。所以，對側鏈的大小外形都是有一定要求的。盡管大多數極性側鏈都是暴露在表面，而內部還有一些極性側鏈構成鹽橋或氫鍵網絡。這些內部的鹽橋或氫鍵網絡并不能使蛋白質穩定，而是建立了一種構象特異性。對已知結構數據庫的統計分析發現，內部的極性殘基比在表面的極性殘基要保守得多，不少成功的設計工作都是內部引入了有限的幾個極性殘基。成功的設計須仔細地考慮各種因素，但是目前人們對蛋白質結構并沒有完全理解，每一條經驗規律都存在著許多例外情況，所以有人也認為過細的考慮純屬多余。 (三)設計方法目前所有的算法都基于一種思路，首先選擇某種主鏈骨架作為目標結構，隨后固定骨架，尋找能夠折疊成這種結構的氨基酸組合。這就是目前蛋白質從頭設計具體步驟的主要兩步，即所謂的“逆折疊”(inversefolding)方法。尋找目標組合的直接想法是窮舉法，檢查合適大小范圍內的每種組合，選出正確的組合。但實際上，即使設計一個小肽，窮舉法也幾乎是不可能的。一條特定的肽鏈所能采取的構象的數目是極其巨大的。以相對較小的100個殘基的肽鏈為例，由20個天然氨基酸組成，就有20100(大于10130)種可能性。如果每種可能合成一個分子，把這些分子放到一個盒子里，這個盒子會比數個宇宙還大!更何況每個殘基位置上都可能有許多轉子，這個組合數就太大了。解決的辦法是先考慮“二元模式”和氨基酸的二級結構傾向性，各個位置上不是每個氨基酸都適合的，考慮到這些特性后，每個位置上就只有不多的氨基酸須進一步檢驗了。