Парадокс Левинталя

Парадо́кс Левинта́ля — известный парадокс, который сформулировал в 1968 году американский молекулярный биолог Сайрус Левинталь: «промежуток времени, за который полипептид приходит к своему скрученному состоянию, на много порядков меньше, чем если бы полипептид просто перебирал все возможные конфигурации»[1][2].

Сложность проблемы

Чтобы разрешить данный парадокс, необходимо ответить на вопрос: «Как белок выбирает свою нативную структуру (native state) среди бесчисленного множества возможных?». Для цепи из 100 остатков число возможных конформаций ~10100, и их полный перебор занял бы ~1080 лет, если один переход осуществлять за ~10−13 секунды. Поэтому сложность проблемы заключается в том, что данный вопрос нельзя решить экспериментально, так как придётся ждать ~1080 лет.

Причины парадокса

Назывались следующие возможные причины этого парадокса[3].

  1. Теоретические модели, используемые для доказательства твёрдости, не соответствуют тому, что природа старается оптимизировать.
  2. В ходе эволюции были отобраны только те белки́, которые легко сворачиваются.
  3. Белки́ могут сворачиваться разными путями, не обязательно следуя глобально оптимальному пути.

Решение парадокса

Белок может сворачиваться не «весь вдруг», а путём роста компактной глобулы за счёт последовательного прилипания к ней всё новых и новых звеньев белковой цепи[2]. При этом одно за другим восстанавливаются финальные взаимодействия (их энергия будет падать примерно пропорционально количеству звеньев цепи), а энтропия будет падать также пропорционально количеству фиксированных звеньев цепи. Падение энергии и падение энтропии полностью компенсируют друг друга в главном (линейном по N) члене в свободной энергии . Это исключает из оценки времени сворачивания член, пропорциональный 10N, и время сворачивания зависит от много меньших по порядку величины нелинейных членов, связанных с поверхностными энтальпийными и энтропийными эффектами, пропорциональными N2/3[2]. Для белка из 100 остатков это 101002/3 ~ 1021,5, что даёт оценку скорости сворачивания, хорошо согласующуюся с экспериментальными данными[4].

См. также

Примечания
  1. Levinthal, C. (1969) How to Fold Graciously. Mossbauer Spectroscopy in Biological Systems: Proceedings of a meeting held at Allerton House, Monticello, Illinois. J. T. P. DeBrunner and E. Munck eds., University of Illinois Press Pages 22-24.
  2. А. В. Финкельштейн, О. Б. Птицын. Физика белка. Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами. — 4-е издание, исправленное и дополненное. — Москва: Книжный дом Университет, 2012. — С. 15. — 524 с. — 500 экз. — ISBN 978-5-98227-834-0.
  3. CSE 549 — Protein Folding (Lectures 17-19) Архивная копия от 2 октября 2013 на Wayback Machine.
  4. Jackson S. E. Foldig & Design (1998) 3: R81-R91.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.