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Tutorial MenueProteinfaltungLerneinheit 2 von 4

Proteinfaltung

Das Levinthal-Paradox

Wie kann eine lineare Polypeptidkette in die korrekt gefaltete Konformation übergehen? Ist das ein zufälliger Prozess, oder sind bestimmte Faltungswege von vornherein festgelegt?

Die verschiedenen denkbaren Konformationen eines Proteins unterscheiden sich nur durch die Rotationswinkel um die Bindungen des Peptid-Rückgrats und der Seitenketten. Bei manchen Proteinen sind auch verschiedene Möglichkeiten einer Disulfid-Brücke gegeben. Geht man davon aus, dass in einer Polypeptidkette alle Reste (j) mögliche Konformationen einnehmen können, gilt bei (n) Peptidbindungen für (n+1) Aminosäurereste, dass die Summe der Faltungsmöglichkeiten für das gesamte Polypeptid = jn ist. Thermodynamische Analysen legen nahe, dass in einer ungefalteten Kette (j) etwa dem Wert 8 entspricht. Damit hat selbst ein relativ kleines Protein von 100 Aminosäuren 1089 mögliche Konformationen. Wenn die Geschwindigkeitskonstante für den Übergang von einer möglichen Konformation in eine andere kv ist, dann ist die durchschnittliche Zeit, die ein Protein benötigen würde, um alle Konformationen auszuprobieren, durch folgende Gleichung gegeben:

Die Levinthal-Formel
τ = ( N · k ν ) 1 j N

Da kv nicht größer als 1013s-1 sein kann, bräuchte selbst ein kleines aus 100 Aminosäuren aufgebautes Polypeptid noch mehr als 1066 Jahre, also mehr als das Alter des Universums, um alle möglichen Konformationen auszuprobieren! Und selbst wenn es pro Bindung nur zwei mögliche Konformationen geben würde, wären es noch immer 107 Jahre. Aus diesen einfachen Berechnungen ergibt sich schon die Notwendigkeit, dass ein Protein bei der Faltung einem mehr oder weniger vorgegebenen Pfad (folding pathway) folgen muss.

Das Levinthal-Paradox
Das Levinthal-Paradox besagt also, dass ein Protein nicht zufällig aus dem ungefalteten Zustand in die richtige Konformation übergehen kann, indem es alle möglichen Faltungen ausprobiert.
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