amikor egy fehérje oldatát felforraljuk, a fehérje gyakran oldhatatlanná válik-azaz denaturálódik -, és az oldat lehűtésekor is oldhatatlan marad. A tojásfehérje fehérjéinek hővel történő denaturálása-mint egy tojás forralásakor-a visszafordíthatatlan denaturáció példája. A denaturált fehérje ugyanolyan elsődleges szerkezetű, mint az eredeti vagy natív fehérje., A töltött csoportok közötti gyenge erők és a nem poláris csoportok kölcsönös vonzerejének gyengébb erői azonban magas hőmérsékleten megszakadnak; ennek eredményeként a fehérje tercier szerkezete elvész. Bizonyos esetekben a fehérje eredeti szerkezete regenerálható; a folyamatot renaturációnak nevezik.

a denaturáció különböző módon hozható létre. A fehérjéket lúgos vagy savas, oxidáló vagy redukáló szerekkel, valamint bizonyos szerves oldószerekkel történő kezeléssel denaturálják., A denaturáló szerek között érdekesek azok, amelyek a másodlagos és a tercier struktúrát befolyásolják anélkül, hogy befolyásolnák az elsődleges struktúrát. Az erre a célra leggyakrabban használt szerek a karbamid és a guanidinium-klorid. Ezek a molekulák a peptidkötések iránti nagy affinitásuk miatt megszakítják a hidrogénkötéseket és a sóhidakat a pozitív és negatív oldalláncok között, ezzel megszüntetve a peptidlánc tercier szerkezetét. Amikor a denaturáló szereket eltávolítják egy fehérjeoldatból, a natív fehérje sok esetben újra képződik., A denaturáció a cisztin diszulfidkötéseinek csökkentésével is megvalósítható—azaz a diszulfid kötés (―s―s―) két szulfhidrilcsoportra (―SH) történő átalakításával. Ez természetesen két cisztein képződését eredményezi. A ciszteineknek a levegőnek való kitettség általi újbóli oxidációja néha regenerálja a natív fehérjét. Más esetekben azonban a rossz ciszteinek egymáshoz kötődnek, ami más fehérjét eredményez. Végül a denaturáció úgy is elvégezhető, hogy a fehérjéket szerves oldószereknek, például etanolnak vagy acetonnak teszik ki., Úgy gondolják, hogy a szerves oldószerek zavarják a nempoláris csoportok kölcsönös vonzerejét.

néhány kisebb fehérje azonban rendkívül stabil, még a hő ellen is; például a ribonukleáz oldatai rövid ideig 90 °C (194 °F) hőmérsékletnek lehetnek kitéve anélkül, hogy jelentős denaturálódnának. A denaturáció nem jár azonos változásokkal a fehérjemolekulákban. A denaturált fehérjék közös tulajdonsága azonban a biológiai aktivitás elvesztése—például az enzimek vagy hormonok működésének képessége.,

bár a denaturációt már régóta all-or-none reakciónak tekintették, most úgy gondolják, hogy sok közvetítő állam létezik a natív és a denaturált fehérje között. Bizonyos esetekben azonban egy kulcsfontosságú kötés megtörését követheti a natív fehérje konformációjának teljes lebontása.

bár sok natív fehérje ellenáll a tripszin enzim hatásának, amely lebontja a fehérjéket az emésztés során, ugyanazon enzim hidrolizálja őket a denaturálás után., A tripszin által felosztható peptidkötések elérhetetlenek a natív fehérjékben, de a denaturáció során hozzáférhetővé válnak. Hasonlóképpen, a denaturált fehérjék intenzívebb színreakciókat adnak a tirozin, a hisztidin és az arginin esetében, mint ugyanezek a fehérjék a natív állapotban. A denaturált fehérjék reaktív csoportjainak fokozott hozzáférhetősége a peptidláncok kibontakozásának tulajdonítható.,

Ha a denaturáció könnyen előidézhető, és ha a renaturáció nehéz, hogyan tartható fenn a globuláris fehérjék natív konformációja az élő szervezetekben, amelyekben fokozatosan állítják elő őket, egyszerre egy aminosav beépítésével? A radioaktív szenet vagy nehéz hidrogént tartalmazó aminosavakból származó fehérjék bioszintézisére vonatkozó kísérletek azt mutatják, hogy a fehérjemolekula fokozatosan növekszik az N terminustól a C terminusig; minden lépésben egyetlen aminosav maradékot építenek be., Amint a növekvő peptidlánc hat vagy hét aminosavmaradékot tartalmaz, az oldalláncok kölcsönhatásba lépnek egymással, így eltéréseket okoznak az egyenes vagy β-lánc konfigurációjától. Az oldalláncok jellegétől függően ez α-hélix vagy hidrogénkötésekkel vagy diszulfidhidakkal lezárt hurkok kialakulását eredményezheti. A végső konformáció valószínűleg fagyott, amikor a peptidlánc eléri a hossza 50 vagy több aminosav maradványok.