Paradoxe de Levinthal

Le paradoxe de Levinthal est une expérience par la pensée en théorie de la dynamique du repliement de protéine.

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^[1]). Si la protéine doit atteindre sa configuration repliée en échantillonnant de manière séquentielle toutes les conformations possibles, cela nécessiterait un temps plus important que l’âge de l’univers pour arriver à la conformation native correcte. 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 en en temps de l’échelle d’une milliseconde voire d’une microseconde. La durée d’une génération de E. coli est d’environ vingt minutes, ce qui est révélateur du fait que les protéines essentielles se replient en une durée de quelques minutes au plus. Par conséquent, une protéine ne peut pas se replier en échantillonnant toutes les conformations possibles.

L’argument de Levinthal a parfois été représenté de manière erronée comme une théorie fausse de la dynamique de repliement des protéines. Certaines des premières publications sur la théorie du paysage énergétique du repliement de protéine ont parfois critiqué le paradoxe comme naïf et même idiot, argumentant que ce paradoxe est facilement résolu si la protéine se replie le long d’un chemin préférentiel plutôt que de chercher à échantillonner dans l’espace conformationnel.

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.

Références

• C. Levinthal, « Are there pathways for protein folding? », dans Journal de Chimie Physique et de Physico-Chimie Biologique, vol. 65, 1968, p. 44-45 [texte intégral] 

Notes

Liens externes

• (en) http://www-wales.ch.cam.ac.uk/~mark/levinthal/levinthal.html
• (en) http://www.wired.com/wired/archive/9.07/blue_pr.html
• (en) http://www.sdsc.edu/~nair/levinthal.html

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Levinthal paradox » (voir la liste des auteurs)

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