Парадокс Левинталя

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 нативную структуру 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 $E$ будет падать примерно пропорционально количеству звеньев цепи), а энтропия $S$ 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 $\Delta F=\Delta E-T\Delta S$. 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

Ссылки

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