Wikipedia

Levinthals paradox

Levinthals paradox är en paradox om proteinkemin som formulerades 1968 av den amerikanske vetenskapsmannen Cyrus Levinthal. Den är ett tankeexperiment, som också ett försök att verifiera teorin om proteinveckning.

År 1969 noterade Cyrus Levinthal att, på grund av det mycket stora antalet frihetsgrader i en ovikt polypeptidkedja, kan molekylen anta ett astronomiskt stort antal möjliga former. En uppskattning av 10300 gjordes i en av hans rapporter[1] (ofta felaktigt citerad som 1968 års rapport[2]). Till exempel har en polypeptid med 100 aminosyror 99 peptidbindningar, och därför 198 olika phi- och psi-bindningsvinklar. Om var och en av dessa bindningsvinklar kan vara i en av tre stabila lägen, kan proteinet felveckas till maximalt 3198 olika former (inklusive eventuell vikningsredundans). Därför, om ett protein skulle uppnå sin korrekt vikta form genom att återkommande ta prover på alla möjliga alternativ, skulle det kräva en längre tid än universums ålder för att komma fram till dess korrekta ursprungliga form. Detta gäller även om former antas med snabb (nanosekund eller pikosekund) takt. "Paradoxen" är att de flesta små proteiner viker sig spontant på en millisekund eller till och med mikrosekundsskala. Förklaringen till denna paradox har visats genom beräkningsmetoder för förutsägelse av proteinstruktur.[3]

Levinthal själv var medveten om att proteiner viks spontant och i korta tidsskalor. Han föreslog att paradoxen kan förklaras om "proteinveckning påskyndas och styrs av den snabba bildandet av lokala interaktioner som sedan bestämmer den ytterligare vikningen av peptiden. Detta tyder på lokala aminosyrasekvenser som bildar stabila interaktioner och fungerar som kärnbildningspunkter i vikningsprocessen".[4] Faktum är att proteinveckningsintermediärerna och de delvis vikta övergångstillstånden uppmärksammades experimentellt och förklarar den snabba proteinveckningen. Detta beskrivs också som proteinutveckling riktad inom trattliknande energilandskap.[5][6][7] Vissa beräkningsmetoder för att förutsäga proteinstruktur har försökt identifiera och simulera mekanismen för proteinveckning.[8]

Levinthal föreslog också att den interna strukturen kan ha en högre energi, om den lägsta energin inte var kinetiskt tillgänglig. En analogi är att ett stenblock som ramlar nedför en sluttning stannar i en grop på vägen istället för att nå basen.[9]

Föreslagna förklaringar redigera

Enligt Edvard Trifonov och Igor Berezovsky viks proteinerna med underenheter (moduler) av storleken 25–30 aminosyror.[10]

Se även redigera

  • Chaperoner - proteiner som hjälper andra proteiner att vika eller veckla ut sig

Referenser redigera

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Levinthal's paradox, 22 mars 2022.

Noter redigera

  1. ^ Levinthal, Cyrus (1969). ”How to Fold Graciously”. Mossbauer Spectroscopy in Biological Systems: Proceedings of a Meeting Held at Allerton House, Monticello, Illinois: sid. 22–24. Arkiverad från originalet den 7 oktober 2010. https://web.archive.org/web/20101007174851/http://www-miller.ch.cam.ac.uk/levinthal/levinthal.html. 
  2. ^ Levinthal, Cyrus (1968). ”Are there pathways for protein folding?”. Journal de Chimie Physique et de Physico-Chimie Biologique 65: sid. 44–45. doi:10.1051/jcp/1968650044. Arkiverad från originalet den 2 september 2009. https://web.archive.org/web/20090902211239/http://www.biochem.wisc.edu/courses/biochem704/Reading/Levinthal1968.pdf. 
  3. ^ Zwanzig R, Szabo A, Bagchi B (1 januari 1992). ”Levinthal's paradox”. Proc Natl Acad Sci USA 89 (1): sid. 20–22. doi:10.1073/pnas.89.1.20. PMID 1729690. 
  4. ^ Rooman, Marianne Rooman (2002). ”What is paradoxical about Levinthal Paradox?”. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics 20 (3): sid. 327–329. doi:10.1080/07391102.2002.10506850. PMID 12437370. 
  5. ^ Dill K (1997). ”From Levinthal to pathways to funnels”. Nat. Struct. Biol. 4 (1): sid. 10–19. doi:10.1038/nsb0197-10. PMID 8989315. 
  6. ^ Durup, Jean (1998). ”On "Levinthal paradox" and the theory of protein folding”. Journal of Molecular Structure 424 (1–2): sid. 157–169. doi:10.1016/S0166-1280(97)00238-8. 
  7. ^ s˘Ali, Andrej; Shakhnovich, Eugene; Karplus, Martin (1994). ”How does a protein fold?”. Nature 369 (6477): sid. 248–251. doi:10.1038/369248a0. PMID 7710478. 
  8. ^ Karplus, Martin (1997). ”The Levinthal paradox: yesterday and today”. Folding & Design 2 (4): sid. S69–S75. doi:10.1016/S1359-0278(97)00067-9. PMID 9269572. 
  9. ^ Hunter, Philip (2006). ”Into the fold”. EMBO Rep. 7 (3): sid. 249–252. doi:10.1038/sj.embor.7400655. PMID 16607393. 
  10. ^ Berezovsky, Igor N.; Trifonov, Edward N. (2002). ”Loop fold structure of proteins: Resolution of Levinthal's paradox”. Journal of Biomolecular Structure & Dynamics 20 (1): sid. 5–6. doi:10.1080/07391102.2002.10506817. ISSN 0739-1102. PMID 12144347. Arkiverad från originalet den 12 februari 2005. https://web.archive.org/web/20050212130449/http://paradox.harvard.edu/~igor/PUBL_BER/PUB22.pdf. 

Externa länkar redigera

Hämtad från ”https://sv.wikipedia.org/w/index.php?title=Levinthals_paradox&oldid=52223494”