Képlet próba

 

V. A fehérjék térszerkezetének kialakulása

A fehérjék egyik különleges sajátossága az, hogy jól definiált térszerkezetet (natív szerkezet) képesek felvenni. Az előzőekben áttekintettük, hogy miként vizsgálható és jellemezhető a fehérjék szerkezete. Próbáljuk most végiggondolni, hogyan jön létre ez a szerkezet, miként tekeredik fel egy fehérje polipeptidlánca. Egy egyszerű számítással beláthatjuk, hogy ez szinte lehetetlen feladat (Levinthal-paradoxon).

9. ábra

Tekintsünk egy átlagos méretű, 300 aminosavból álló fehérje polipeptidláncát. A polipeptidlánc periodikus szerkezet, amelyik aminosav-egységenként két egyes kötést tartalmaz, amik körül a lánc szabadon elfordulhat (9. ábra).

Valójában ez a forgás mégsem teljesen szabad, hiszen az aminosav-oldalláncok nem ütközhetnek egymással, illetve a főlánc atomjaival. Tételezzük fel, hogy a térbeli átfedések miatt ezek a változtatható kötésszögek átlagosan csak két értéket vehetnek fel (ezzel erősen alulbecsültük a lehetőségeket). Így minden egyes aminosav csupán a főlánc szerkezeti formáit (konformációit) tekintve 4-féle állapotot vehet fel, a teljes polipeptidlánc konformációinak száma pedig:

Ha ehhez még hozzávesszük, hogy az aminosav-oldalláncok is - sokszor több kötés körül is - szabad forgást végezhetnek, érzékelhetjük, hogy egy fehérje lehetséges konformációinak száma óriási.

Számos kísérlet utal arra, hogy egy fehérje natív szerkezete az energetikailag legkedvezőbb szerkezet. De vajon hogyan lehet ennyi lehetséges konformáció közül megtalálni a legkedvezőbbet? Hiszen ha egyetlen másodperc 1000 milliárd konformáció végigpróbálgatására elegendő, akkor a 10¹⁸⁰ lehetséges konformáció kipróbálásához 10¹⁶⁸ másodpercre lenne szükség, ami messze meghaladja az Univerzum 15 milliárd éves életkorát. De a fehérjék mégiscsak feltekerednek néhány másodperc alatt. Számunkra azonban a lehetséges konformációk óriási száma miatt a legkedvezőbb energiájú térszerkezet megtalálása még legmodernebb szuperszámítógépeinkkel is egyelőre reménytelen feladat. Ma még távol állunk attól, hogy egy adott aminosav-szekvenciájú polipeptidlánc esetében meg tudjuk mondani, vajon képes-e egyáltalán feltekeredni, létezik-e stabilis, jól meghatározott kompakt szerkezete. Pedig új fehérjék tervezéséhez, a fehérjékben rejlő lehetőségek kihasználásához ennek a problémának a megoldása elengedhetetlen.