I. Introducción
II. Estructura CAP-cAMP
III. Interacción CAP-ADN
IV. Complejo CTD CAP-ADN-alfa
V. Referencias
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I. Introducción
La proteína que se muestra a la izquierda es la proteína activadora de catabolitos (CAP), también conocida como proteína receptora de AMP cíclico (cAMP) (PCR), un activador transcripcional en E. coli. CAP activa la transcripción de una variedad de genes, incluidos muchos implicados en el metabolismo de azúcares (por ejemplo, genes que codifican proteínas implicadas en el metabolismo de lactosa, galactosa y también arabinosa). CAP se une como homodímero a secuencias de ADN específicas aguas arriba de estos genes, pero solo cuando la proteína está en complejo con cAMP. CAP activa la transcripción al entrar en contacto con la ARN polimerasa. Así, por ejemplo, en el operón lac, recluta ARN polimerasa al promotor interactuando con el dominio carboxi-terminal de la subunidad alfa de la ARN polimerasa (alphaCTD). Esto aumenta la frecuencia de iniciación de la transcripción.
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Cada monómero consiste en un dominio amino-terminal responsable de la dimerización, así como de la unión a cAMP, y un dominio carboxi-terminal que se une al ADN y también interactúa con alfa-CTD (ver más abajo). Estos dominios están conectados por una secuencia de bisagras corta.
La dimerización se debe en gran medida a las interacciones hidrofóbicas entre las cadenas laterales de aminoácidos de la hélice alfa central larga en el dominio N-terminal de cada monómero, la hélice C.
cAMP está unido en un bolsillo del dominio N-terminal de cada monómero CAP. Este bolsillo está formado entre la hélice C y un motivo de rollo beta que incluye hilos beta 1-8.
Numerosas interacciones electrostáticas están involucradas en la unión de cAMP, incluyendo:
- un puente salino entre la cadena lateral de arginina82 y un oxígeno fosfatado de cAMP
- enlaces de hidrógeno entre átomos de cAMP y átomos de cadena lateral de glutamato 72, serina 83 y treonina 127
- enlaces de hidrógeno entre átomos de cadena principal (serina 83) y cAMP
- un enlace de hidrógeno entre cAMP y una serina128, en la hélice C del monómero opuesto.
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III. Interacción CAP-ADN
El homodímero CAP (con campo unido) une una secuencia de consenso de ADN de 22 pares de base con un eje de simetría doble:
Se puede ver que la tapa induce una curva aguda de ~ 90o en el ADN objetivo .
El dominio C-terminal de cada monómero de TAPA contiene un motivo de unión al ADN hélice-vuelta-hélice (H-T-H) que se encuentra en la mayoría de los factores de transcripción bacterianos. Este motivo se encuentra, en una forma modificada (el homeodominio), en algunos factores de transcripción eucarióticos también. El motivo H-T-H confiere especificidad de unión al ADN. La hélice de reconocimiento del motivo se inserta en la ranura principal del ADN, donde están disponibles contactos específicos de secuencia de base.
Al examinar un monómero y su medio sitio de ADN, se pueden identificar numerosos contactos proteína-ADN, incluidos:
- enlaces de hidrógeno entre residuos de hélice de reconocimiento (arg180, glu181 y arg185) y bases que recubren la ranura principal del ADN
- enlaces de hidrógeno entre residuos de hélice de reconocimiento (ser179, thr182) y oxígenos de fosfato en la columna vertebral del ADN
- interacción de residuos que no están en la hélice de reconocimiento (p. ej. val139, lys26) con la columna vertebral de ADN
Muchas de las interacciones CAP-ADN se ven facilitadas por la flexión del ADN en respuesta a la unión CAP.
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IV. Complejo CTD CAP-ADN-alfa
A la izquierda se muestra un monómero CAP (con cAMP unido) complejo con una secuencia de ADN que representa la mitad de la secuencia de unión CAP consensuada más el dominio carboxi-terminal de la subunidad alfa de la ARN polimerasa (alphaCTD). Se indican los dominios C-terminal y N-terminal de CAP.
La activación de la transcripción por CAP requiere una región de activación (AR1) en el dominio C-terminal. AR1 es un bucle de nueve residuos (156-164). La activación transcripcional de la tapa también requiere el residuo C-terminal de la TAPA (arg209). Tanto AR1 como arg209 juegan un papel clave en la interacción de la TAPA con la polimerasa (alphaCTD). Por ejemplo:
- La cadena lateral del residuo AR1 thr158 forma dos enlaces de hidrógeno con residuos alphaCTD, uno con thr285, el segundo con glu286. El carbonilo troncal de thr158 también hace dos enlaces de hidrógeno, uno con thr285 y otro con val287.
- las interacciones de van der Waals entre AR1 y alphaCTD contribuyen a la unión CAP-alphaCTD.
- El carboxilato troncal del terminal C arg209 de CAP forma un puente salino con arg317 de Alfactd. La cadena lateral de arg209 participa en un enlace de hidrógeno con gly315 de alphaCTD.
alphaCTD se une a una secuencia de ADN centrada en 19 pares de bases desde el centro del sitio de unión de la TAPA: 5′- A A A A A G – 3′. La unión se logra a través del contacto extenso de la columna vertebral del ADN por residuos ALFACTD y por enlaces H mediados por agua entre las bases de la proteína y el ADN. Por ejemplo:
- Asn268, gly296, lys298 y ser299 forman enlaces H con varios oxígenos de fosfato de ADN.
- Aunque no se hace contacto directo entre bases ALFACTD y ADN, los enlaces H mediados por agua conectan arg265 a varias bases en el surco menor de ADN, en el que penetra este residuo (no se muestran hidrógenos de agua).
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IV. Referencias
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