La paradoja de Levinthal

Levinthal ideó un experimento mental en el marco del plegamiento de las proteínas en el año 1969. Aunque bien puede extrapolarse a otros ámbitos para convencernos de que practicamente nada en nuestros cuerpos está librado al azar. Pero antes de comentar el experimento vamos a repasar un poco de estructura y estabilidad de moléculas.

Las proteínas son compuestos orgánicos hechos de aminoácidos en un arreglo lineal que adoptan una forma globular. El gen que codifica a la proteína se encuentra en el ADN, que mediante un proceso de transcripción origina el mRNA. El mRNA viaja al ribosoma donde comienza la traducción y biosíntesis de la proteína.

Existen tres niveles de estructura en una proteína. La estructura primaria es la secuencia lineal de aminoácidos. La estructura secundaria son estructuras dentro de una proteína formada por aminoácidos cercanos en la secuencia. Se destacan las hélices alfa, hojas beta y loops. Finalmente, la estructura terciaria vendría a ser la forma 3D de la proteína.

Cuando la proteína sale del ribosoma sale como la secuencia lineal de aminoácidos, esto es, solamente con estructura primaria. Luego sufre un proceso de plegamiento donde adquiere la estructura secundaria y terciaria. Dada la cantidad de aminoácidos que puede tener una proteína (la cadena puede tener entre 500 y 5000 residuos) existen innúmeras conformaciones posibles para una proteína. De todas esas conformaciones, solamente una es la proteína nativa, la de menor energía.

A esta altura puede surgir una pregunta interesante: la proteína, ¿se pliega al azar o de alguna forma "sabe" como plegarse? He aquí la paradoja de Levinthal:

Supongamos que tengo una proteína de 100 aminoácidos (bastante chica, comparada con los valores posibles). Cada aminoácido puede estar en 3 posibles formas: hélice alfa, hoja beta o loop. O sea, eso nos deja con 3^100 conformaciones posibles. Eso es equivalente a 5x10^47, un 5 con 47 ceros seguidos. El tiempo de rotación de un enlace químico es del orden de los picosegundos (10^-12 segundos). Si la molécula explora cada conformación en ese tiempo, ¿cuanto tardaria en explorar todas las conformaciones posibles y encontrar la estructura nativa? La respuesta es 1,6x10^28 años. Pensar que el universo tiene "tán solo" 10^10 años...

¿Que conclusiones podemos sacar de este experimento? Claramente el plegado de las proteínas no es un proceso azaroso. De hecho, las proteínas se pliegan en 0,1-1000 segundos. Más adelante se demostró con experimentos que la estructura nativa de la proteína depende exclusivamente de la estructura primaria. O sea, la proteína ya es sintetizada sabiendo que conformación espacial debe adoptar.

Asi que ya sabés, si una cosa tan pedorra como una secuencia de aminoácidos puede ser tan ordenada no tenés excusa para el vórtice de entropía que te da por llamar "mi cuarto".