Кіріспе
Левинталдың парадоксы – есептеу арқылы ақуыз құрылымын болжау саласындағы ой эксперименті; ақуыз бүктелуі тұрақты энергиялық конфигурацияны іздейді. Барлық мүмкін конформацияларды қарастырып, ең төменгі энергиялық конфигурацияны (табиғи күйін) табуға бағытталған алгоритмдік іздеу ұзаққа созылар еді, бірақ шындығында ақуыз бүктелуі өте жылдам жүреді, тіпті ең күрделі құрылымдарда да, бұл энергия ландшафтының тең емес болуы арқасында тұрақты күйге қарай бағытталған өтулерді көрсетеді.
Levinthal's paradox is a thought experiment in the field of computational protein structure prediction; protein folding seeks a stable energy configuration. An algorithmic search through all possible conformations to identify the minimum energy configuration (the native state) would take an immense duration, however, in reality, protein folding happens very quickly, even in the case of the most complex structures, suggesting that the transitions are guided into a stable state through an uneven energy landscape.
Тарих
1969 жылы Сайрус Левинтал полипептидтік тізбектегі бостандық дәрежесінің өте көптігіне байланысты молекуланың астрономиялық сандағы мүмкін конформациялары бар екенін атап өтті. Оның бір еңбегінде 10300-ге жуық мән болжалды (көбінесе 1968 жылғы мақала деп қате көрсетіледі). Мысалы, 100 қалдықтан тұратын полипептидте 99 пептидтік байланыс болады, демек 198 түрлі фи және пси байланыс бұрыштары болады. Егер осы байланыс бұрыштарының әрқайсысы үш тұрақты конформацияның бірінде болса, белок ең көп дегенде 3198 түрлі конформацияға (мүмкін бүктелудің қайталануын қоса алғанда) бүлінуі мүмкін. Сондықтан, егер ақуыз барлық мүмкін конформацияларды тізбектеп қарап, дұрыс бүлінген түріне жетуі керек болса, оның туа біткен дұрыс конформациясына жету үшін ғаламның жасынан да ұзақ уақыт қажет болар еді. Бұл тіпті конформациялар жылдам (наносекундтық немесе пикосекундтық) жылдамдықпен қарастырылса да дұрыс. «Парадокс» сол, көптеген кішкентай ақуыздар миллисекундтық немесе тіпті микросекундтық уақыт аралығында өздігінен бүктеледі. Бұл парадокстың шешімі ақуыз құрылымын болжаудың есептеу әдістерімен анықталды. Левинталдың өзі ақуыздардың өздігінен және қысқа мерзімде бүктелетінін білген. Ол парадокстың шешілуі үшін «ақуыздың бүктелуі жылдамдатылып, жергілікті өзара әрекеттесулердің тез қалыптасуымен басқарылуы керек, бұл пептидтің одан әрі бүктелуін анықтайды; бұл тұрақты өзара әрекеттесулерді құрайтын және бүктелу процесінде нуклеациялық орталықтар болып табылатын жергілікті аминқышқылдар тізбесін ұсынады» деді. Шындығында, ақуыздың бүктелу аралықтары мен жартылай бүлінген ауысу күйлері тәжірибелік түрде анықталды, бұл ақуыздың жылдам бүктелуін түсіндіреді. Бұл сонымен қатар энергия ландшафты сияқты шұңқыр тәрізді ақуыздың бүктелуі деп сипатталады. Ақуыз құрылымын болжаудың кейбір есептеу тәсілдері ақуыздың бүктелу механизмін анықтауға және модельдеуге тырысты. Левинтал сондай-ақ, егер ең төменгі энергия кинетикалық тұрғыдан қолжетімді болмаса, туа біткен құрылымның жоғары энергияға ие болуы мүмкін екенін айтты. Мысалы, таудан құлап түскен тас етегіне жетпей, ойысқа тігіліп қалуы сияқты.
Түсіндірме ұсыныстары
Эдвард Трифонов пен Игорь Березовскийдің пікірінше, ақуыздар 25–30 аминқышқылы көлеміндегі кіші бөлімшелермен (модульдермен) жиырылады.