Helmichs Biologie-Lexikon

CAP

Das Protein CAP (Catabolite activator protein) spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation des bakteriellen lac-Operons.

lac-Operon, Einfluss von Glucose

Auf dieser Seite wird ausführlich beschrieben, wie Glucose über den cAMP-Spiegel die Aktivität des CAP beeinflusst, welches wiederum zusammen mit cAMP die Transkriptionsrate des lac-Operons reguliert.

Struktur

CAP, manchmal auch als cAMP-Rezeptor-Protein CRP bezeichnet, ist ein Homodimer, besteht als aus zwei gleichen Protein-Untereinheiten.

Der CAP/cAMP-Komplex bindet an die DNA
David Goodsell, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons

Jede Untereinheit besitzt zwei Domänen, nämlich eine cAMP-bindende Domäne und eine DNA-bindende Domäne. Auf der Abbildung 1 von David Goodsell (engl. Wikipedia) sieht man sehr schön, wie der CAP/cAMP-Komplex sich mit der DNA des Bakteriums verbunden hat. Jede der beiden CAP-Untereinheiten bindet übrigens ein eigenes cAMP-Molekül [1].

Erhöhung der Transkriptionsrate

Das cAMP wirkt als allosterischer Effektor auf das CAP, wenn cAMP gebunden ist, bindet CAP sehr viel leichter an die DNA als ohne gebundenes cAMP.

Die RNA-Polymerase dockt an den Promotor des Operons an. Der CAP/cAMP-Komplex bindet kurz vor dem Promotor an die DNA. Dadurch verändert sich die Struktur der DNA. Genauer gesagt, verbiegt sich die DNA recht stark [2, S. 124], so dass die RNA-Polymerase besser an die Promotor-Region andocken kann. Der CAP/cAMP-Komplex verbindet sich dann mit der RNA-Polymerase und aktiviert diese dadurch, oder, wie man auf PDB-101 lesen kann:

"CAP lures RNA polymerase close to the DNA, stimulating the transcription of genes that are nearby." [3]

Der CAP/cAMP-DNA-Komplex (rechts) interagiert mit der RNA-Polymerase (links)
David Goodsell, CC BY 3.0, via PDB-101.

Dies wiederum erhöht die Transkriptionsrate erheblich, so ungefähr um den Faktor 50 [2].

Quellen:

  1. engl. Wikipedia, Artikel "Catabolite activator protein"
  2. Alfred Nordheim, Rolf Knippers: Molekulare Genetik, 11. Auflage, Thieme-Verlag Stuttgart 2018.
  3. "Catabolite Activator Protein" auf PDB-101.