16.4: Regulación génica procariota - Proteína Activadora de Catabolitos (CAP) - Un Regulador Activador

Objetivos de aprendizaje

• Explicar cómo funciona un activador para aumentar la transcripción de un gen

Así como el operón trp está regulado negativamente por moléculas de triptófano, existen proteínas que se unen a las secuencias operadoras que actúan como un regulador positivo para activar los genes y activarlos. Por ejemplo, cuando la glucosa es escasa, la bacteria E. coli puede recurrir a otras fuentes de azúcar para obtener combustible. Para ello, se deben transcribir nuevos genes para procesar estos genes alternos. Este tipo de proceso se puede observar en el operón lac que se enciende en presencia de lactosa y ausencia de glucosa.

Cuando los niveles de glucosa bajan, el AMP cíclico (AMPc) comienza a acumularse en la célula. La molécula de AMPc es una molécula de señalización que participa en el metabolismo de la glucosa y la energía en E. coli. Cuando los niveles de glucosa disminuyen en la célula, la acumulación de AMPc se une a la proteína activadora catabolita reguladora positiva (CAP), una proteína que se une a los promotores de operones que controlan el procesamiento de azúcares alternativos, como el operón lac. El CAP ayuda en la producción en ausencia de glucosa. CAP es un activador transcripcional que existe como un homodímero en solución, comprendiendo cada subunidad un dominio de unión a ligando en el extremo N, que también es responsable de la dimerización de la proteína y un dominio de unión a ADN en el extremo C. Dos moléculas de AMPc se unen a CAP dimérica con cooperatividad negativa y funcionan como efectores alostéricos al aumentar la afinidad de la proteína por el ADN. La CAP tiene una estructura característica de hélice-vuelta-hélice que le permite unirse a surcos mayores sucesivos en el ADN. Esto abre la molécula de ADN, permitiendo que la ARN polimerasa se una y transcriba los genes involucrados en el catabolismo de la lactosa. Cuando el AMPc se une a CAP, el complejo se une a la región promotora de los genes que se necesitan para usar las fuentes alternas de azúcar. En estos operones, un sitio de unión a CAP se localiza aguas arriba del sitio de unión a ARN-polimerasa en el promotor. Esto aumenta la capacidad de unión de la ARN polimerasa a la región promotora y la transcripción de los genes. Como se requiere cAMP-cap para la transcripción del operón lac, este requerimiento refleja la mayor simplicidad con la que se puede metabolizar la glucosa en comparación con la lactosa.

Figura\(\PageIndex{1}\): Regulación de la Proteína Activadora de Catabolitos (CAP): Cuando bajan los niveles de glucosa, E. coli puede usar otros azúcares como combustible, pero debe transcribir nuevos genes para hacerlo. A medida que los suministros de glucosa se vuelven limitados, aumentan los niveles de Este AMPc se une a la proteína CAP, un regulador positivo que se une a una región operadora aguas arriba de los genes requeridos para usar otras fuentes de azúcar.

Puntos Clave

• La proteína activadora de catabolitos (CAP) debe unirse a AMPc para activar la transcripción del operón lac por la ARN polimerasa.
• CAP es un activador transcripcional con un dominio de unión a ligando en el extremo N y un dominio de unión a ADN en el extremo C.
• Las moléculas de AMPc se unen a CAP y funcionan como efectores alostéricos al aumentar la afinidad de CAP por el ADN.

Términos Clave

• ARN polimerasa: una ARN polimerasa dependiente de ADN, una enzima, que produce ARN
• operón: una unidad de material genético que funciona de manera coordinada por medio de un operador, un promotor y genes estructurales que se transcriben juntos
• promotor: la sección de ADN que controla el inicio de la transcripción del ARN