Levinthalův paradox

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 28. ledna 2022; kontroly vyžadují 3 úpravy .

Levinthalův paradox  je dobře známý paradox , který v roce 1968 formuloval americký molekulární biolog Cyrus Levinthal: „Časový interval , po který se polypeptid dostane do svého zkrouceného stavu, je o mnoho řádů kratší, než kdyby polypeptid jednoduše prošel všemi možnými konfigurace“ [1] [2 ] .

Složitost problému

K vyřešení tohoto paradoxu je nutné odpovědět na otázku: „Jak si protein vybírá svou nativní strukturu ( nativní stav ) mezi nesčetnými možnými?“. Pro řetězec 100 zbytků je počet možných konformací ~ 10 100 a jejich vyčerpávající výčet by zabral ~ 10 80 let, pokud by se jeden přechod uskutečnil za ~ 10 - 13 sekund. Složitost problému tedy spočívá v tom, že tento problém nelze vyřešit experimentálně, protože si budeme muset počkat ~10 80 let.

Důvody paradoxu

Následující možné důvody tohoto paradoxu byly pojmenovány [3] .

  1. Teoretické modely používané k prokázání tvrdosti neodpovídají tomu, co se příroda snaží optimalizovat.
  2. V průběhu evoluce byly vybrány pouze ty proteiny, které se snadno skládají .
  3. Proteiny se mohou skládat různými způsoby, nemusí nutně následovat globálně optimální cestu.

Řešení paradoxu

Protein se může sbalit ne „náhle“, ale růstem kompaktní globule díky postupnému přilnutí více a více článků proteinového řetězce k němu [2] . V tomto případě jsou konečné interakce obnoveny jedna po druhé (jejich energie bude klesat přibližně úměrně počtu článků řetězu) a entropie také klesne úměrně počtu pevných článků řetězu. Pokles energie a pokles entropie se zcela vyruší v hlavním (lineárním v N ) členu ve volné energii . Tím se eliminuje člen úměrný 10 N z odhadu doby balení a doba balení závisí na mnohem nižším řádu nelineárních členů spojených s účinky povrchové entalpie a entropie úměrné N 2/3 [2] . Pro protein se 100 zbytky je to 10 100 2/3 ~ 10 21,5 , což dává odhad rychlosti skládání, který je v dobré shodě s experimentálními daty [4] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Levinthal, C. (1969) How to Fold Graciously. Mossbauer Spectroscopy in Biological Systems: Sborník ze setkání konaného v Allerton House, Monticello, Illinois. J. T. P. DeBrunner a E. Munck eds., University of Illinois Press Stránky 22-24 Archivováno 7. října 2010 na Wayback Machine .
  2. ↑ 1 2 3 A. V. Finkelstein , O. B. Ptitsyn. Fyzika bílkovin. Kurz přednášek s barevnými a stereoskopickými ilustracemi a úkoly . — 4. vydání, upravené a rozšířené. - Moskva: Dům univerzitní knihy, 2012. - S. 15. - 524 s. - 500 výtisků.  - ISBN 978-5-98227-834-0 .
  3. ↑ CSE 549 – Protein Folding (přednášky 17-19) Archivováno 2. října 2013 na Wayback Machine .
  4. ↑ Jackson S. E. Foldig & Design (1998) 3: R81-R91.

Odkazy