Парадокс Левинталя - NiNa.Az

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

Сложность проблемы

Чтобы разрешить данный парадокс, необходимо ответить на вопрос: «Как белок выбирает свою ^[англ.] 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.

1. Теоретические модели, используемые для иллюстрации сложности задачи, не соответствуют той задаче, которую старается оптимизировать природа.
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. При этом одно за другим восстанавливаются финальные взаимодействия (их энергия ${\displaystyle E}$ будет падать примерно пропорционально количеству звеньев цепи), а энтропия ${\displaystyle S}$ 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 ${\displaystyle \Delta F=\Delta E-T\Delta S}$. Это исключает из оценки времени сворачивания член, пропорциональный 10^N, и время сворачивания зависит от много меньших по порядку величины нелинейных членов, связанных с поверхностными энтальпийными и энтропийными эффектами, пропорциональными N^2/3. Для белка из 100 остатков это 10^1002/3 ~ 10^21,5, что даёт оценку скорости сворачивания, хорошо согласующуюся с экспериментальными данными.

См. также

• Белки
• Фолдинг белка
• Folding@home
• Rosetta@home

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 Архивная копия от 7 октября 2010 на Wayback Machine.
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. Архивировано 20 сентября 2018 года.
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

• Парадокс Левинталя в «телепередаче Гордон» (Ночной эфир), выпуск № 115, эфир от 28.05.2002.