La paradoja de Levinthal

La estructura tridimensional que adquiere un péptido después de ser sintetizado depende directamente de su secuencia de aminoácidos y es el resultado directo de la interacción de la secuencia polipeptídica con el agua.

El plegamiento de una proteína no se conoce en profundidad. Sabemos que una proteína tarda en plegarse del orden de milisegundo a unos pocos minutos… También sabemos que la mayoría de proteínas se pliegan de forma espontánea; pero antes de alcanzar su conformación nativa (estado plegado), ¿experimenta todas las conformaciones posibles aleatoriamente durante el plegamiento?...

A finales de la década de 1960, Levinthal propuso una paradoja a modo de reflexión sobre el plegamiento dinámico de las proteínas. El plegamiento de una proteína supone pasar de un estado desplegado a un estado plegado (o nativo) que depende directamente de la secuencia de aminoácidos. Los grados de libertad conformacional del estado desplegado son astronómicos. Levinthal propuso que si se consideraba que un aminoácido de un polipéptido podía adquirir de media 10 conformaciones posibles, el número de conformaciones posibles del péptido en el estado desplegado sería 10^N siendo N el número de aminoácidos. Si consideramos que un péptido de 100 aminoácidos desplegado experimenta todas las conformaciones posibles antes de plegarse e imaginamos que probar cada conformación le lleva a la proteína 10^-13 segundos (la unidad mínima de tiempo, lo que tarda una vibración molecular), ésto le supondría al péptido un tiempo de 10⁷⁷, mucho mayor que la edad del universo… Es por ello que las proteínas, durante el plegamiento, no experimentan aleatoriamente todas las conformaciones posibles, sino que siguen caminos menos azarosos, independientes del ensayo y error.

Las rutas de plegamiento de las proteínas son sin duda uno de los  retos principales de la bioquímica general, aunque parece en principio muy complicada. Conocer los detalles de plegamiento y los principios que guían el plegamiento son esenciales para el diseño racional de proteínas, cuyo conocimiento puede suponer un cambio radical en la biología.