Levinthal's paradox is a thought experiment, also constituting a self-reference in the theory of protein folding. In 1969, Cyrus Levinthal noted that, because of the very large number of degrees of freedom in an unfolded polypeptide chain, the molecule has an astronomical number of possible conformations. An estimate of 3300 or 10143 was made in one of his papers (often incorrectly cited as a 1968 paper). For example, a polypeptide of 100 residues will have 99 peptide bonds, and therefore 198 different phi and psi bond angles. If each of these bond angles can be in one of three stable conformations, the protein may misfold into a maximum of 3198 different conformations (including any possible folding redundancy). Therefore, if a protein were to attain its correctly folded configuration by

Property Value
dbo:abstract
  • Levinthal's paradox is a thought experiment, also constituting a self-reference in the theory of protein folding. In 1969, Cyrus Levinthal noted that, because of the very large number of degrees of freedom in an unfolded polypeptide chain, the molecule has an astronomical number of possible conformations. An estimate of 3300 or 10143 was made in one of his papers (often incorrectly cited as a 1968 paper). For example, a polypeptide of 100 residues will have 99 peptide bonds, and therefore 198 different phi and psi bond angles. If each of these bond angles can be in one of three stable conformations, the protein may misfold into a maximum of 3198 different conformations (including any possible folding redundancy). Therefore, if a protein were to attain its correctly folded configuration by sequentially sampling all the possible conformations, it would require a time longer than the age of the universe to arrive at its correct native conformation. This is true even if conformations are sampled at rapid (nanosecond or picosecond) rates. The "paradox" is that most small proteins fold spontaneously on a millisecond or even microsecond time scale. The solution to this paradox has been established by computational approaches to protein structure prediction. Levinthal himself was aware that proteins fold spontaneously and on short timescales. He suggested that the paradox can be resolved if "protein folding is sped up and guided by the rapid formation of local interactions which then determine the further folding of the peptide; this suggests local amino acid sequences which form stable interactions and serve as nucleation points in the folding process." Indeed, the protein folding intermediates and the partially folded transition states were experimentally detected, which explains the fast protein folding. This is also described as protein folding directed within funnel-like energy landscapes Some computational approaches to protein structure prediction have sought to identify and simulate the mechanism of protein folding. Levinthal also suggested that the native structure might have a higher energy, if the lowest energy was not kinetically accessible. An analogy is a rock tumbling down a hillside that lodges in a gully rather than reaching the base. (en)
  • Mit dem Levinthal-Paradox beschrieb Cyrus Levinthal das Problem der Molekularbiologie, wie eine Aminosäurekette in kurzer Zeit ihren funktional gefalteten Zustand als Protein findet. (de)
  • La paradoja de Levinthal es un experimento mental en la teoría de la dinámica del plegamiento de proteínas. En 1969, Cyrus Levinthal señaló que, debido al gran número de grados de libertad en una cadena polipeptídica desplegada, la molécula tiene un número astronómico de posibles conformaciones. La estimación es de 3300 o 10143 en una de sus publicaciones. Si una proteína llegara a alcanzar la configuración de plegamiento correcto adoptando al azar todas las configuraciones posibles necesitaría de un tiempo mayor a la edad del universo para alcanzar a la conformación correcta. Esto es así incluso si las conformaciones son probadas a velocidades muy elevadas del orden de nanosegundos o picosegundos. La paradoja sin embargo es que la mayoría de las proteínas se pliegan de forma espontánea en un tiempo de milisegundos o microsegundos. Esta paradoja es generalmente señalada en el contexto de aproximaciones computacionales a la predicción de estructura de proteínas. Levinthal era consciente de que las proteínas se plegaban de forma espontánea y en muy poco tiempo, y que una búsqueda aleatoria de la conformación, era imposible: su publicación original, discutía la resolución de la paradoja. Christian B. Anfinsen sugirió que la estructura de las proteínas podía ser predicha a partir de la secuencia de aminoácidos. Su idea, llamada el dogma de Anfinsen, es que se puede encontrar la suma de todas las interacciones interatómicas en todas las posibles conformaciones y encontrar la de menor energía. Levinthal sin embargo sugirió que la estructura estable podía ser una de alta energía, si las de más baja energía no eran posibles cinéticamente. Una analogía es una roca rodando por una ladera que se detiene en un barranco en lugar de llegar a la base. Levinthal señaló que "el plegado de proteínas es acelerado y guiado por la rápida formación de interacciones locales que determinan el futuro de plegado del péptido; esto sugiere secuencias de aminoácidos locales que forman interacciones estables y sirven como puntos de nucleación en el proceso de plegado." Publicaciones posteriores sobre el plegamiento de proteínas han sugerido que este es dirigido por un entorno de energía similar a un embudo, que reduce el hiperespacio potencial. Las aproximaciones computacionales para la predicción de la estructura de proteínas han tratado de identificar y simular el mecanismo de plegado, pero estas han sido en gran parte infructuosas. (es)
  • Le paradoxe de Levinthal est une expérience de pensée qui vise à formuler une théorie de la dynamique de repliement des protéines. En 1969, Cyrus Levinthal remarqua que, en raison du très grand nombre de degrés de libertés dans une chaîne polypeptidique, une telle molécule possède un nombre proprement astronomique de conformations possibles : une estimation de 3300 ou 10143 est indiquée dans l’article original (discussion). Si la protéine doit atteindre sa configuration fonctionnelle, c'est-à-dire sa conformation native correcte, en "testant" de manière séquentielle toutes les conformations possibles, cela nécessiterait un temps plus important que l’âge de l’univers lui-même. Cela reste vrai même si les conformations étaient testées à des taux très importants (de l’ordre de la nanoseconde ou de la picoseconde). De nombreuses petites protéines se replient spontanément avec une durée de repliement d’une milliseconde voire d’une microseconde. Le "paradoxe" vient donc du fait qu'on énonce qu'il faut un temps considérable pour qu'une protéine puisse se replier correctement de façon spontanée mais dans le même temps, on constate que de petites protéines se replient spontanément avec des durées de repliement extrêmement courte. La durée d’une génération de E. coli est d’environ vingt minutes, ce qui montre que les protéines essentielles doivent se replier en quelques minutes tout au plus. Par conséquent, une protéine ne peut pas se replier en "testant" toutes les conformations possibles. L’argument de Levinthal a parfois été considéré comme une version faussée de la dynamique de repliement des protéines. Levinthal était conscient que les protéines se repliaient sur des échelles de temps réduites. Pour résoudre le "paradoxe" qu'il venait de soulever, il suggéra que le repliement d'une protéine est accéléré et guidé par des interactions qui ont lieu dans des séquences d'acides aminés spécifiques. Ces séquences, hautement conservées par l'évolution (ce qui connote leur importance), servent de "points d'ancrage" lors du processus de repliement. Certaines publications ont vivement critiqué cet énoncé du paradoxe, le jugeant naïf voire même erroné. Quoi qu'il en soit, ce paradoxe, bien que décrié dans la façon que son auteur avait de l'énoncer, a le mérite d'avoir fait naître le débat et la réflexion autour de cette question fondamentale, ce qui a permis l'émergence de la théorie du repliement des protéines. En fait, une critique du paradoxe de Levinthal n’est pas nécessaire : peu de scientifiques dans la discipline ont jamais cru que les protéines se replient selon une recherche aléatoire exhaustive dans l’espace conformationnel. Le paradoxe de Levinthal sert simplement à démontrer qu’une recherche aléatoire pure et intensive ne peut pas aboutir. Cyrus Levinthal lui-même savait que les protéines se repliaient spontanément et dans une échelle de temps courte, et qu’une recherche conformationnelle aléatoire est par conséquent impossible : son article originel discutait de la résolution du paradoxe. La conférence de prix Nobel de Christian Boehmer Anfinsen en 1971 revisitait certaines de ces thématiques. (fr)
  • Il paradosso di Levinthal può essere considerato un enigma relativo alle dinamiche del ripiegamento di proteine. Nel 1968 Cyrus Levinthal si rese conto che, a causa dell'elevato numero di gradi di libertà di un polipeptide non ripiegato, tale molecola presenterebbe un numero astronomico di possibili conformazioni finali: nell'articolo originale, egli ne stimava circa 10300. Se la proteina raggiungesse la sua conformazione finale passando via via attraverso tutte queste configurazioni, sarebbe necessario un tempo ben superiore all'età attualmente stimata dell'universo per raggiungere la configurazione corretta. Ciò avverrebbe anche se le conformazioni fossero scansite anche in tempi brevissimi come picosecondi o nanosecondi. In realtà, molte piccole proteine si ripiegano spontaneamente in un tempo dell'ordine dei millisecondi o addirittura dei microsecondi. Il tempo di generazione di E. coli può essere di circa venti minuti: ciò significa che tutte le proteine essenziali per tale organismo (e presumibilmente di tutti gli altri) possono essere prodotte da zero in un tempo decisamente ristretto, al massimo nell'ordine dei minuti. La differenza enorme che esiste tra il tempo del ripiegamento prevedibile in teoria e quello osservato in realtà è appunto chiamato paradosso di Levinthal. Il paradosso di Levinthal, in effetti, è stato spesso frainteso come una teoria malriuscita sul ripiegamento proteico. Molti articoli scientifici dell'epoca tacciarono tale paradosso di essere semplicemente sciocco, sostenendo che l'idea che il polipeptide ricercasse tutte le conformazioni possibili fosse facilmente superabile da una teoria che preveda che tutte le possibili conformazioni energetiche formino un profilo ad imbuto, che favorisce la scelta della conformazione corretta in tempi rapidi. In realtà, non è necessaria una critica vera e propria al paradosso: pochi scienziati hanno mai creduto davvero in un folding che percorresse tutte le possibili conformazioni. Il paradosso di Levinthal può servire, a tal proposito, per dimostrare che una scansione delle conformazioni vera e propria non può avvenire. Lo stesso Levinthal era cosciente che il tempo di ripiegamento delle proteine fosse molto ridotto, e che una ricerca casuale della conformazione esatta non fosse possibile. (it)
  • De Levinthalparadox is een gedachte-experiment op het gebied van het vouwen van eiwitten. In 1969 merkte Cyrus Levinthal op dat een eiwitmolecuul in ongevouwen staat een enorm aantal mogelijke conformaties heeft. In één van zijn werken schatte hij dit aantal op . Een polypeptide van 100 aminozuren heeft bijvoorbeeld 99 peptidebindingen, en dus 198 verschillende phi- en psi-bindingshoeken. Als elk van deze bindingshoeken in een van de drie stabiele bindingsconformaties kan voorkomen, kan het eiwit in verkeerde formaties vouwen. Als een eiwit zijn correct gevouwen configuratie zou verkrijgen door alle formaties uit te proberen, zou het dus een tijd duren die langer is dan de leeftijd van het universum om de juiste conformatie te bereiken, zelfs als conformaties zeer snel (in pico- of nanoseconden) worden geprobeerd. De paradox is dat kleine eiwitten zelfs op een tijdschaal van milli- of microseconden goed kunnen vouwen. Deze paradox staat centraal bij het voorspellen van eiwitstructuren. Levinthal zelf was ervan op de hoogte dat eiwitten spontaan en op korte tijdschaal vouwen, en dat een willekeurige conformatie dus onmogelijk was: zijn werk besprak ook de oplossing voor de paradox. Christian Anfinsen bedacht dat eiwitstructuren uit de aminozuurvolgorde voorspeld konden worden. Zijn idee was dat er een som van alle interatomische interacties in elke conformatie gevonden kon worden en de conformatie met de laagste energie gevonden kon worden. Levinthal suggereerde echter dat een stabiele structuur een hogere energie kon hebben, als de laagste energie kinetisch gezien niet bereikbaar was. Levinthal merkte op dat “eiwitvouwing versneld en begeleid wordt door de snelle vorming van lokale interacties die vervolgens de verdere vouwing van het peptide reguleren; dit wijst op lokale aminozuurvolgorden die stabiele interacties vormen en fungeren als kernpunten in het vouwproces.” Latere werken op het gebied van eiwitvouwing hebben erop gewezen dat vouwing wordt aangestuurd door trechterachtige energielandschappen die het aantal realiseringsmogelijkheden reduceren. Een aantal numerieke benaderingen van eiwitstructuurvoorspelling hebben geprobeerd om het mechanisme van eiwitvouwing te identificeren en te simuleren, maar dit is tot dusver niet succesvol gebleken. (nl)
  • 利文索尔佯谬(Levinthal's paradox)是由美国分子生物学家 Cyrus Levinthal 在1969年提出的一个有关蛋白质折叠的佯谬/悖论。它的一个常见的版本是:假定一个由100个氨基酸残基组成的蛋白质,其每个氨基酸残基有2种构象,那么该蛋白质的总构象数目即: 。再假定此蛋白质在寻找总能量最低的构象状态时每尝试一次构象耗时 ,则将所有构象都尝试过一遍的所需时间将是: 年,而如此长的折叠时间显然是不现实也是错误的。 此佯谬表明蛋白质折叠遵循特异性途径,或者其过程中只尝试有限数目的构象。 (zh)
  • Paradoks Levinthala – ogromna różnica między czasem potrzebnym do prawidłowego zwinięcia się białka obliczonym na podstawie modelu matematycznego z parametrami przyjętymi a priori a czasem rzeczywistym czasem powstania konformacji formy natywnej. Teoretyczny problem przedstawił Cyrus Levinthal w roku 1969. (pl)
  • Парадо́кс Левинта́ля — известный парадокс, который сформулировал в 1968 году Сайрус Левинталь: «промежуток времени, за который полипептид приходит к своему скрученному состоянию, на много порядков меньше, чем если бы полипептид просто перебирал все возможные конфигурации». (ru)
dbo:wikiPageExternalLink
dbo:wikiPageID
  • 579400 (xsd:integer)
dbo:wikiPageRevisionID
  • 744289952 (xsd:integer)
dct:subject
http://purl.org/linguistics/gold/hypernym
rdf:type
rdfs:comment
  • Mit dem Levinthal-Paradox beschrieb Cyrus Levinthal das Problem der Molekularbiologie, wie eine Aminosäurekette in kurzer Zeit ihren funktional gefalteten Zustand als Protein findet. (de)
  • 利文索尔佯谬(Levinthal's paradox)是由美国分子生物学家 Cyrus Levinthal 在1969年提出的一个有关蛋白质折叠的佯谬/悖论。它的一个常见的版本是:假定一个由100个氨基酸残基组成的蛋白质,其每个氨基酸残基有2种构象,那么该蛋白质的总构象数目即: 。再假定此蛋白质在寻找总能量最低的构象状态时每尝试一次构象耗时 ,则将所有构象都尝试过一遍的所需时间将是: 年,而如此长的折叠时间显然是不现实也是错误的。 此佯谬表明蛋白质折叠遵循特异性途径,或者其过程中只尝试有限数目的构象。 (zh)
  • Paradoks Levinthala – ogromna różnica między czasem potrzebnym do prawidłowego zwinięcia się białka obliczonym na podstawie modelu matematycznego z parametrami przyjętymi a priori a czasem rzeczywistym czasem powstania konformacji formy natywnej. Teoretyczny problem przedstawił Cyrus Levinthal w roku 1969. (pl)
  • Парадо́кс Левинта́ля — известный парадокс, который сформулировал в 1968 году Сайрус Левинталь: «промежуток времени, за который полипептид приходит к своему скрученному состоянию, на много порядков меньше, чем если бы полипептид просто перебирал все возможные конфигурации». (ru)
  • Levinthal's paradox is a thought experiment, also constituting a self-reference in the theory of protein folding. In 1969, Cyrus Levinthal noted that, because of the very large number of degrees of freedom in an unfolded polypeptide chain, the molecule has an astronomical number of possible conformations. An estimate of 3300 or 10143 was made in one of his papers (often incorrectly cited as a 1968 paper). For example, a polypeptide of 100 residues will have 99 peptide bonds, and therefore 198 different phi and psi bond angles. If each of these bond angles can be in one of three stable conformations, the protein may misfold into a maximum of 3198 different conformations (including any possible folding redundancy). Therefore, if a protein were to attain its correctly folded configuration by (en)
  • La paradoja de Levinthal es un experimento mental en la teoría de la dinámica del plegamiento de proteínas. En 1969, Cyrus Levinthal señaló que, debido al gran número de grados de libertad en una cadena polipeptídica desplegada, la molécula tiene un número astronómico de posibles conformaciones. La estimación es de 3300 o 10143 en una de sus publicaciones. Si una proteína llegara a alcanzar la configuración de plegamiento correcto adoptando al azar todas las configuraciones posibles necesitaría de un tiempo mayor a la edad del universo para alcanzar a la conformación correcta. Esto es así incluso si las conformaciones son probadas a velocidades muy elevadas del orden de nanosegundos o picosegundos. La paradoja sin embargo es que la mayoría de las proteínas se pliegan de forma espontánea en (es)
  • Il paradosso di Levinthal può essere considerato un enigma relativo alle dinamiche del ripiegamento di proteine. Nel 1968 Cyrus Levinthal si rese conto che, a causa dell'elevato numero di gradi di libertà di un polipeptide non ripiegato, tale molecola presenterebbe un numero astronomico di possibili conformazioni finali: nell'articolo originale, egli ne stimava circa 10300. Se la proteina raggiungesse la sua conformazione finale passando via via attraverso tutte queste configurazioni, sarebbe necessario un tempo ben superiore all'età attualmente stimata dell'universo per raggiungere la configurazione corretta. Ciò avverrebbe anche se le conformazioni fossero scansite anche in tempi brevissimi come picosecondi o nanosecondi. (it)
  • Le paradoxe de Levinthal est une expérience de pensée qui vise à formuler une théorie de la dynamique de repliement des protéines. En 1969, Cyrus Levinthal remarqua que, en raison du très grand nombre de degrés de libertés dans une chaîne polypeptidique, une telle molécule possède un nombre proprement astronomique de conformations possibles : une estimation de 3300 ou 10143 est indiquée dans l’article original (discussion). Si la protéine doit atteindre sa configuration fonctionnelle, c'est-à-dire sa conformation native correcte, en "testant" de manière séquentielle toutes les conformations possibles, cela nécessiterait un temps plus important que l’âge de l’univers lui-même. Cela reste vrai même si les conformations étaient testées à des taux très importants (de l’ordre de la nanoseconde (fr)
  • De Levinthalparadox is een gedachte-experiment op het gebied van het vouwen van eiwitten. In 1969 merkte Cyrus Levinthal op dat een eiwitmolecuul in ongevouwen staat een enorm aantal mogelijke conformaties heeft. In één van zijn werken schatte hij dit aantal op . Een polypeptide van 100 aminozuren heeft bijvoorbeeld 99 peptidebindingen, en dus 198 verschillende phi- en psi-bindingshoeken. Als elk van deze bindingshoeken in een van de drie stabiele bindingsconformaties kan voorkomen, kan het eiwit in (nl)
rdfs:label
  • Levinthal's paradox (en)
  • Levinthal-Paradox (de)
  • Paradoja de Levinthal (es)
  • Paradosso di Levinthal (it)
  • Paradoxe de Levinthal (fr)
  • Levinthalparadox (nl)
  • Paradoks Levinthala (pl)
  • Парадокс Левинталя (ru)
  • 利文索尔佯谬 (zh)
owl:sameAs
prov:wasDerivedFrom
foaf:isPrimaryTopicOf
is dbo:wikiPageRedirects of
is foaf:primaryTopic of