Парадокс Левинталя | это... Что такое Парадокс Левинталя? (original) (raw)

Парадо́кс Левинта́ля — в 1968 году Сайрус Левинталь сформулировал известный парадокс: «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

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 придется ждать ~1080 лет.

Причины парадокса

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

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

Примечания

  1. ↑ Levinthal, C. (1969) How to Fold Graciously. Mossbauer Spectroscopy in Biological Systems: Proceedings of a meeting held at Allerton House, Monticello, Illinois. J.T.P. DeBrunner and E. Munck eds., University of Illinois Press Pages 22-24
  2. ↑ 1 2 3 А. В. Финкельштейн, О. Б. Птицын, «Физика белка» , Москва, 2002
  3. ↑ CSE 549 — Protein Folding (Lectures 17-19)
  4. ↑ Jackson S.E. Foldig & Design (1998) 3: R81-R91
Просмотр этого шаблона Мысленные эксперименты
Персоналийи персонажей Лаплас: Демон Лапласа · Максвелл: Демон Максвелла · Шрёдингер: Кот Шрёдингера · Рассел: Чайник Рассела · Эйнштейн: Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена Апории Зенона: Ахиллес и черепаха · Дихотомия · Стадион · Стрела Зенона
Физические Демон Лапласа · Демон Максвелла · Квантовое бессмертие · Квантовое самоубийство · Кот Шрёдингера · Парадокс Белла · Парадокс субмарины · Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена · Парадокс близнецов · Микроскоп Гейзенберга · Пушечное ядро Ньютона · Парадокс Эренфеста
Кибернетические Задача двух генералов · Задача византийских генералов · Китайская комната · Имитация реальности · Мозг в колбе
Другие Теорема о бесконечных обезьянах · Парадокс Ньюкома · Дилемма заключённого · Комната Марии · Парадокс Левинталя · Философский зомби
Научная методология · Мышление (философия)