레빈탈의 역설
Levinthal's paradox | 이 기사는 독자들에게 혼란스럽거나 불분명할 수 있습니다. (2023년 2월)(이를 알아봅니다 |
레빈탈의 역설은 계산 단백질 구조 예측 분야의 사고 실험입니다. 단백질 접힘은 안정적인 에너지 구성을 추구합니다. 최소 에너지 구성을 위한 알고리즘 탐색은 엄청난 시간이 소요되는 반면, 실제로는 가장 복잡한 구조의 경우에도 단백질 접힘이 매우 빠르게 발생합니다.
역사
1969년 사이러스 레빈탈(Cyrus Levinthal)은 펼쳐진 폴리펩티드 사슬의 매우 많은 자유도 때문에 분자가 천문학적으로 많은 가능한 형태를 가지고 있다고 언급했습니다. 그의 논문[1] 중 하나에서 10개의300 추정치가 나왔습니다(종종 1968년[2] 논문으로 잘못 인용됨). 예를 들어, 100개 잔기의 폴리펩티드는 99개의 펩티드 결합을 가질 것이고, 따라서 198개의 다른 phi 및 psi 결합 각도를 가질 것입니다. 이러한 결합 각도가 각각 3개의 안정한 형태 중 하나일 수 있다면, 단백질은 최대 3개의198 다른 형태로 잘못 접힐 수 있습니다(접히는 중복 가능성 포함). 따라서 단백질이 가능한 모든 형태를 순차적으로 샘플링하여 올바르게 접힌 구성을 달성하려면 정확한 고유 형태에 도달하는 데 우주의 나이보다 더 긴 시간이 필요합니다. 이는 빠른 속도(나노초 또는 피코초)로 형식을 샘플링하는 경우에도 마찬가지입니다. "파라독스"는 대부분의 작은 단백질이 밀리초 또는 심지어 마이크로초의 시간 척도로 자발적으로 접히는 것입니다. 이 역설에 대한 해결책은 단백질 구조 예측에 대한 계산 접근법에 의해 확립되었습니다.[3]
레빈탈 자신은 단백질이 자연적으로 짧은 시간 척도로 접힌다는 것을 알고 있었습니다. 그는 "단백질 접힘 속도가 빨라지고 국소 상호작용이 빠르게 형성되어 펩티드의 추가 접힘을 결정하는 경우, 이는 안정적인 상호작용을 형성하고 접힘 과정에서 핵 생성점 역할을 하는 국소 아미노산 서열을 시사한다"고 제안했습니다.[4] 실제로, 단백질 접힘 중간체와 부분적으로 접힌 전이 상태가 실험적으로 검출되었는데, 이것은 빠른 단백질 접힘을 설명합니다. 이것은 또한 깔때기와 같은 에너지 환경 내에서 지시되는 단백질 접힘으로 설명됩니다.[5][6][7] 단백질 구조 예측에 대한 일부 계산 접근법은 단백질 접힘 메커니즘을 식별하고 시뮬레이션하려고 했습니다.[8]
레빈탈은 또한 가장 낮은 에너지가 동역학적으로 접근할 수 없다면 고유의 구조가 더 높은 에너지를 가질 수 있다고 제안했습니다. 바위가 산비탈을 굴러 떨어지는 것이 밑동에 닿기보다는 굴 속에 자리잡고 있는 것을 비유할 수 있습니다.[9]
제안된 설명
에드워드 트리포노프와 이고르 베레조프스키에 따르면, 이 단백질은 25-30개의 아미노산 크기의 소단위체(모듈)에 의해 접힌다고 합니다.[10]
참고 항목
- 샤페론 – 다른 단백질이 접히거나 펴지는 것을 돕는 단백질
- 접이식 깔때기
- Anfinsen's dogma
참고문헌
- ^ Levinthal, Cyrus (1969). "How to Fold Graciously". Mossbauer Spectroscopy in Biological Systems: Proceedings of a Meeting Held at Allerton House, Monticello, Illinois: 22–24. Archived from the original on 2010-10-07.
- ^ Levinthal, Cyrus (1968). "Are there pathways for protein folding?" (PDF). Journal de Chimie Physique et de Physico-Chimie Biologique. 65: 44–45. Bibcode:1968JCP....65...44L. doi:10.1051/jcp/1968650044. Archived from the original (PDF) on 2009-09-02.
- ^ Zwanzig R, Szabo A, Bagchi B (1992-01-01). "Levinthal's paradox". Proc Natl Acad Sci USA. 89 (1): 20–22. Bibcode:1992PNAS...89...20Z. doi:10.1073/pnas.89.1.20. PMC 48166. PMID 1729690.
- ^ Rooman, Marianne Rooman; Yves Dehouck; Jean Marc Kwasigroch; Christophe Biot; Dimitri Gilis (2002). "What is paradoxical about Levinthal Paradox?" (PDF). Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 20 (3): 327–329. doi:10.1080/07391102.2002.10506850. PMID 12437370. S2CID 6839744.[영구적 데드링크]
- ^ Dill K; H.S. Chan (1997). "From Levinthal to pathways to funnels". Nat. Struct. Biol. 4 (1): 10–19. doi:10.1038/nsb0197-10. PMID 8989315. S2CID 11557990.
- ^ 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.
- ^ s˘Ali, Andrej; Shakhnovich, Eugene; Karplus, Martin (1994). "How does a protein fold?" (PDF). Nature. 369 (6477): 248–251. Bibcode:1994Natur.369..248S. doi:10.1038/369248a0. PMID 7710478. S2CID 4281915.[영구적 데드링크]
- ^ Karplus, Martin (1997). "The Levinthal paradox: yesterday and today". Folding & Design. 2 (4): S69–S75. doi:10.1016/S1359-0278(97)00067-9. PMID 9269572.
- ^ Hunter, Philip (2006). "Into the fold". EMBO Rep. 7 (3): 249–252. doi:10.1038/sj.embor.7400655. PMC 1456894. PMID 16607393.
- ^ 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. doi:10.1080/07391102.2002.10506817. ISSN 0739-1102. PMID 12144347. S2CID 33174198. Archived from the original (PDF) on 2005-02-12.
