Paradoxo de Levinthal
O paradoxo de Levinthal é un experimento mental, que constitúe unha autorreferencia na teoría do pregamento de proteínas. En 1969, Cyrus Levinthal decatouse de que, debido ao gran número de graos de liberdade dunha cadea polipeptídica non pregada, a molécula ten un número astronómico de posibles conformacións que podería adoptar. Nun dos seus traballos publicados fixo unha estimación de 3300 ou 10143 posibilidades[1] (a miúdo citado incorrectamente como se fose unha publicación de 1968).[2]) Por exemplo, un polipéptido de 100 residuos de aminoácido terá 99 enlaces peptídicos, e, por tanto, 198 ángulos de enlace fi e psi distintos. Se cada un destes ángulos de enlace pode estar nunha de tres posibles conformacións estables, a proteína pode pregarse incorrectamente (non adoptando a súa conformación nativa) nun máximo de 3198 conformacións distintas (incluíndo calquera posible redundancia de pregamento). Por tanto, se a proteína ten que atinguir a súa correcta configuración de pregamento probando secuencialmente todas as posibles conformacións, iso requeriríalle un tempo maior ca idade do Universo para chegar á súa correcta conformación nativa. Isto segue sendo certo mesmo se se proba cada conformacións en tempos tan breves como nanosegundos ou picosegundos. O "paradoxo" é que a maioría das proteínas pequenas tardan en pregarse espontaneamente un milisegundo ou mesmo un microsegundo, moito menos do que teoricamente se requiriría. Este paradoxo é básico para as aproximacións computacionais no estudo da predición da estrutura das proteínas.[3]
O propio Levinthal era consciente de que as proteínas se pregan espontaneamente e en breve tempo. Suxeriu que este paradoxo podía resolverse se "o pregamento de proteínas é acelerado e guiado pola rápida formación de interaccións locais, que determinan o posterior pregamento do péptido; isto suxire que hai secuencias de aminoácidos locais que establecen interaccións estables e serven como puntos de nucleación no proceso de pregamento."[4] De feito, detectáronse experimentalmente os intermediatos do pregamento da proteína e os estados de transición parcialmente pregados, o cal explica o rápido pregamento das proteínas. Isto tamén se pode describir como que o pregamento das proteínas está dirixido en paisaxes de enerxía de tipo funil[5][6][7] Algunhas aproximacións computacionais á predición da estrutura das proteínas procuraron identificar e estimular o mecanismo do pregamento de proteínas.[8]
Levinthal tamén suxeriu que a estrutura nativa podería ter unha enerxía maior, se a enerxía máis baixa non fose accesible cineticamente. Unha analoxía é unha rocha rodando monte abaixo que se queda atrancada nunha foxa a medio camiño (enerxía maior do mínimo) en vez de chegar á base do monte (o mínimo de enerxía).[9]
Unha explicación do paradoxo é a seguinte: Segundo Edward Trifonov e Igor Berezovsky,[10] as proteínas préganse por subunidades da cadea polipeptídica (módulos) dun tamaño de entre 25 e 30 aminoácidos.
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ Levinthal, Cyrus (1969). "How to Fold Graciously". Mossbauer Spectroscopy in Biological Systems: Proceedings of a meeting held at Allerton House, Monticello, Illinois: 22–24. Arquivado dende o orixinal o 07 de outubro de 2010. Consultado o 31 de decembro de 2012.
- ↑ Levinthal, Cyrus (1968). "Are there pathways for protein folding?" (PDF). Journal de Chimie Physique et de Physico-Chimie Biologique 65: 44–45. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 02 de setembro de 2009. Consultado o 31 de decembro de 2012.
- ↑ Zwanzig R, Szabo A, Bagchi B (1992-01-01). "Levinthal's paradox". Proc Natl Acad Sci USA 89 (1): 20–22. PMC 48166. PMID 1729690. doi:10.1073/pnas.89.1.20.
- ↑ Rooman, Marianne Rooman; Yves Dehouck; Jean Marc Kwasigroch; Christophe Biot; Dimitri Gilis (2002). "What is paradoxical about Levinthal Paradox?". Journal of Biomolecular Structure and Dynamics 20 (3): 327–329. PMID 12437370. doi:10.1080/07391102.2002.10506850.
- ↑ Dill K & H.S. Chan (1997). "From Levinthal to pathways to funnels". Nat. Struct. Biol. 4 (1): 10–19. PMID 8989315. doi:10.1038/nsb0197-10.
- ↑ Durup, Jean (1998). "On "Levinthal paradox" and the theory of protein folding". Journal of Molecular Structure 424 (1–2): 157–169. doi:10.1016/S0166-1280(97)00238-8.
- ↑ Sali, Andrej; Shakhnovich, Eugene; Karplus, Martin (1994). "How does a protein fold ?". Nature 369 (6477): 248–251. PMID 7710478. doi:10.1038/369248a0.
- ↑ Karplus, Martin (1997). "The Levinthal paradox: yesterday and today". Folding and Design 2 (4): S69–S75. PMID 9269572. doi:10.1016/S1359-0278(97)00067-9.
- ↑ Hunter, Philip (2006). "Into the fold". EMBO Rep. 7 (3): 249–252. PMC 1456894. PMID 16607393. doi:10.1038/sj.embor.7400655.
- ↑ Berezovsky, Igor N.; Trifonov, Edward N. (2002). "Loop fold structure of proteins: Resolution of Levinthal's paradox" (PDF). Journal of Biomolecular Structure & Dynamics 20 (1): 5–6. ISSN 0739-1102. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 12 de febreiro de 2005. Consultado o 31 de decembro de 2012.
