Парадокс левинталя - Levinthals paradox

Парадокс Левинталя это мысленный эксперимент, также составляя ссылка на себя в теории сворачивание белка. В 1969 г. Сайрус Левинталь отметил, что из-за очень большого количества степени свободы в развернутом полипептидная цепь, молекула имеет астрономическое количество возможных конформаций. Оценка 10300 было сделано в одной из его бумаг[1] (часто неправильно цитируется как статья 1968 г.[2]). Например, полипептид 100 остатки будет 99 пептидные связи, следовательно, 198 различных фи и пси валентные углы. Если каждый из этих валентных углов может находиться в одной из трех стабильных конформаций, белок может неправильно сворачиваться в максимум 3198 различные конформации (включая любую возможную избыточность складывания). Следовательно, если белок должен был достичь своей правильно свернутой конфигурации путем последовательной выборки всех возможных конформаций, ему потребовалось бы время, превышающее возраст Вселенной, чтобы достичь своей правильной нативной конформации. Это верно, даже если образцы конформаций отбираются быстро (наносекунда или же пикосекунда ) тарифы. «Парадокс» состоит в том, что большинство мелких белков самопроизвольно сворачиваются в миллисекунду или даже в микросекунду. Решение этого парадокса было найдено с помощью вычислительных подходов к предсказание структуры белка.[3]

Сам Левинталь знал, что белки сворачиваются спонтанно и в короткие сроки. Он предположил, что парадокс может быть разрешен, если «сворачивание белка ускоряется и управляется быстрым образованием локальных взаимодействий, которые затем определяют дальнейшее сворачивание пептида; это предполагает локальные аминокислотные последовательности, которые образуют стабильные взаимодействия и служат зарождение баллов в процессе складывания ".[4] Действительно, сворачивание белка промежуточные звенья и частично сложенный переходные состояния были обнаружены экспериментально, что объясняет быстрое сворачивание белка. Это также описывается как сворачивание белка, направленное внутри воронкообразные энергетические пейзажи.[5][6][7] Некоторые вычислительные подходы к предсказанию структуры белка были направлены на выявление и моделирование механизма сворачивания белка.[8]

Левинталь также предположил, что природная структура могла бы иметь более высокую энергию, если бы самая низкая энергия была недоступна кинетически. Аналогия - скала, падающая со склона холма, которая скорее застревает в овраге, чем достигает основания.[9]

Предлагаемые объяснения

  • В соответствии с Эдуард Трифонов и Игоря Березовского белки сворачиваются на субъединицы (модули) размером 25–30 аминокислот.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Левинталь, Сайрус (1969). «Как изящно складывать». Мёссбауэровская спектроскопия в биологических системах: материалы собрания, состоявшегося в Allerton House, Монтичелло, Иллинойс: 22–24. Архивировано из оригинал на 2010-10-07.
  2. ^ Левинталь, Сайрус (1968). "Есть ли пути для сворачивания белков?" (PDF). Journal de Chimie Physique et de Physico-Chimie Biologique. 65: 44–45. Архивировано из оригинал (PDF) на 2009-09-02.
  3. ^ Цванциг Р., Сабо А., Багчи Б. (1 января 1992 г.). «Парадокс Левинталя». Proc Natl Acad Sci USA. 89 (1): 20–22. Дои:10.1073 / pnas.89.1.20. ЧВК  48166. PMID  1729690.
  4. ^ Руман, Марианна Руман; Ив Дехук; Жан Марк Квасигрох; Кристоф Био; Димитри Гилис (2002). "Что парадоксального в парадоксе Левинталя?" (PDF). Журнал биомолекулярной структуры и динамики. 20 (3): 327–329. Дои:10.1080/07391102.2002.10506850. PMID  12437370.[постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ Укроп К; H.S. Чан (1997). «От Левинталя к тропам к воронкам». Nat. Struct. Биол. 4 (1): 10–19. Дои:10.1038 / nsb0197-10. PMID  8989315.
  6. ^ Дуруп, Жан (1998). «О« парадоксе Левинталя »и теории сворачивания белков». Журнал молекулярной структуры. 424 (1–2): 157–169. Дои:10.1016 / S0166-1280 (97) 00238-8.
  7. ^ s˘Ali, Андрей; Шахнович, Евгений; Карплюс, Мартин (1994). "Как белок сворачивается?" (PDF). Природа. 369 (6477): 248–251. Дои:10.1038 / 369248a0. PMID  7710478.[постоянная мертвая ссылка ]
  8. ^ Карплюс, Мартин (1997). «Парадокс Левинталя: вчера и сегодня». Складывание и дизайн. 2 (4): S69 – S75. Дои:10.1016 / S1359-0278 (97) 00067-9. PMID  9269572.
  9. ^ Хантер, Филипп (2006). "В срез". EMBO Rep. 7 (3): 249–252. Дои:10.1038 / sj.embor.7400655. ЧВК  1456894. PMID  16607393.
  10. ^ Березовский, Игорь Н .; Трифонов, Эдвард Н. (2002). «Петлевая складчатая структура белков: разрешение парадокса Левинталя» (PDF). Журнал биомолекулярной структуры и динамики. 20 (1): 5–6. Дои:10.1080/07391102.2002.10506817. ISSN  0739-1102. PMID  12144347. Архивировано из оригинал (PDF) на 2005-02-12.

внешняя ссылка