Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




22.11.2022


21.11.2022


19.11.2022


16.11.2022


15.11.2022





Яндекс.Метрика





Парадокс Левинталя

30.03.2022

Парадокс Левинталя — известный парадокс, который сформулировал в 1968 году американский молекулярный биолог 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».

Сложность проблемы

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 придётся ждать ~1080 лет.

Причины парадокса

Назывались следующие возможные причины этого парадокса.

  • Теоретические модели, используемые для доказательства твёрдости, не соответствуют тому, что природа старается оптимизировать.
  • В ходе эволюции были отобраны только те белки, которые легко сворачиваются.
  • Белки 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 {displaystyle E} будет падать примерно пропорционально количеству звеньев цепи), а энтропия S {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 Δ F = Δ E − T Δ S {displaystyle Delta F=Delta E-TDelta 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. Для белка из 100 остатков это 101002/3 ~ 1021,5, что даёт оценку скорости сворачивания, хорошо согласующуюся с экспериментальными данными.