Парадокс Левинталя

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Парадо́кс Левинта́ля — известный парадокс, который сформулировал в 1968 году 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[править | править вики-текст]

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 придется ждать ~1080 лет.

Причины парадокса[править | править вики-текст]

Возможные причины этого парадокса следующие[3].

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

Решение парадокса[править | править вики-текст]

Белок может сворачиваться не «весь вдруг», а путем роста компактной глобулы за счет последовательного прилипания к ней все новых и новых звеньев белковой цепи[2]. При этом одно за другим восстанавливаются финальные взаимодействия (их энергия E будет падать примерно пропорционально количеству звеньев цепи), а энтропия S 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  \Delta F = \Delta E — T \Delta S. 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 дает оценку скорости сворачивания, хорошо согласующуюся с экспериментальными данными, приведенными в[4].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]