פרדוקס לוינתל

"פרדוקס לוינתל" הוא מושג בדינמיקת קיפול חלבונים (איך חלבונים מקבלים את הצורה התלת־ממדית שלהם). המונח הוטבע על ידי סיירוס לוינתל ב-1969.

בתא חלבונים נוצרים בריבוזום כשרשראות של חומצות אמינו. חומצת אמינו היא יחידת הבנייה של החלבון. בדרך כלל שרשרת כזו מתקפלת לצורה אחת קומפקטית שבה החלבון פועל בתא. ב-1961 כריסטיאן אנפינסן הציע שהצורה הסופית נקבעת רק על ידי סדר החומצות בשרשרת (הסדרה הראשונית).

לוינתל הציג בעיה פשוטה: גם לחלבון קטן יש מספר עצום של צורות אפשריות. אם לכל חומצת אמינו יש כמה דרגות חופש, כלומר אפשרויות לפריסת המרחב שלה, הרי שהמספר הכולל של הצורות גדל בצורה אסטרונומית. אם חלבון היה מחפש את הצורה הנכונה באופן אקראי, זה היה לוקח זמן עצום, הרבה יותר מגיל היקום. זאת סתירה לתצפיות: חלבונים מתקפלים בפועל בתוך מילישניות עד דקות בודדות.

חשוב להבהיר שלוינתל עצמו לא טען שחלבונים מתקפלים באקראי. הרעיון שלו היה להצביע על הבעיה, מדוע הקיפול מהיר כל כך, אם מרחב האפשרויות כה גדול.

בתחילת שנות ה-80 הוצעה תאוריית ה"משפך" או משפך האנרגיה. לפי המודל ישנן תצורות קיפול מועדפות אנרגטית, כלומר כאלה שהאנרגיה שלהן נמוכה יותר. אלה רבות פחות מהכלל. אם מסדרים את כל התצורות לפי אנרגיה, מתקבל משפך שבו החלבון "נופל" אל עבר מצבי אנרגיה נמוכים עד להגיע למצב המקופל. בדרך יש מסלולים של מצבי ביניים שכל אחד מועדף על הקודם, וזה מאפשר קיפול מהיר ודטרמיניסטי יותר מאשר חיפוש אקראי. המשפך גם תלוי בתנאי הסביבה, כמו טמפרטורה, ריכוז מלחים וסביבה מימית או מבודדת (הידרופובית). בתנאים שונים החלבון יכול לקפל אחרת או לא למצוא מצב יציב יחיד.

"פרדוקס לוינתל" עוסק בדרך שבה חלבונים מקבלים צורה. את השם נתן סיירוס לוינתל ב-1969.

תא מייצר חלבונים בריבוזום. חלבון הוא שרשרת של חומצות אמינו. חומצות אמינו הן חלקי בניין קטנים. בדרך כלל השרשרת מתקפלת לצורה מסוימת. הצורה הזאת מאפשרת לחלבון לעבוד בתא. ב-1961 הוצע שהצורה נקבעת על ידי סדר החומצות.

לוינתל אמר שיש המון צורות אפשריות לחלבון. אם החלבון היה בודק אותן באקראי, זה היה לוקח זמן ארוך מאד. אבל במציאות חלבונים מתקפלים מהר, בתוך שניות או פחות. לכן זה נראה כמו בעיה.

פתרו את הבעיה באמצעות רעיון המשפך. יש צורות שיותר "נוחות" מבחינה אנרגטית. אלה פחותות במספרן. החלבון כמו נופל במדרון־משפך אל הצורה הנוחה ביותר. בדרך יש שלבים ביניים שמכוונים אותו. גם טמפרטורה ומלחים בסביבה משפיעים אם ואיך הוא מתקפל.