Katabolit-Aktivator-Protein (CAP): Ein Aktivator-Regulator
Genauso wie das trp-Operon durch Tryptophanmoleküle negativ reguliert wird, gibt es Proteine, die an die Operatorsequenzen binden und als positiver Regulator wirken, um Gene einzuschalten und zu aktivieren. Wenn zum Beispiel Glukose knapp ist, können E. coli-Bakterien auf andere Zuckerquellen ausweichen. Zu diesem Zweck müssen neue Gene für die Verarbeitung dieser alternativen Gene transkribiert werden. Diese Art von Prozess kann im lac-Operon beobachtet werden, das in Anwesenheit von Laktose und in Abwesenheit von Glukose aktiviert wird.
Wenn der Glukosespiegel sinkt, beginnt sich zyklisches AMP (cAMP) in der Zelle zu sammeln. Das cAMP-Molekül ist ein Signalmolekül, das am Glukose- und Energiestoffwechsel in E. coli beteiligt ist. Wenn der Glukosespiegel in der Zelle sinkt, bindet das sich ansammelnde cAMP an den positiven Regulator Catabolite Activator Protein (CAP), ein Protein, das an die Promotoren von Operonen bindet, die die Verarbeitung von alternativen Zuckern kontrollieren, wie z. B. das lac-Operon. Das CAP unterstützt die Produktion in Abwesenheit von Glukose. CAP ist ein Transkriptionsaktivator, der in Lösung als Homodimer vorliegt, wobei jede Untereinheit eine ligandenbindende Domäne am N-Terminus, die auch für die Dimerisierung des Proteins verantwortlich ist, und eine DNA-bindende Domäne am C-Terminus umfasst. Zwei cAMP-Moleküle binden dimeres CAP mit negativer Kooperativität und wirken als allosterische Effektoren, indem sie die Affinität des Proteins für die DNA erhöhen. CAP hat eine charakteristische Helix-Turn-Helix-Struktur, die es ihm ermöglicht, an aufeinander folgende Hauptfurchen auf der DNA zu binden. Dadurch wird das DNA-Molekül geöffnet, so dass die RNA-Polymerase binden und die am Laktosekatabolismus beteiligten Gene transkribieren kann. Wenn cAMP an CAP bindet, bindet der Komplex an die Promotorregion der Gene, die für die Nutzung der alternativen Zuckerquellen erforderlich sind. In diesen Operons befindet sich eine CAP-Bindungsstelle stromaufwärts von der RNA-Polymerase-Bindungsstelle im Promotor. Dadurch wird die Bindungsfähigkeit der RNA-Polymerase an die Promotorregion und die Transkription der Gene erhöht. Da cAMP-CAP für die Transkription des lac-Operons erforderlich ist, spiegelt diese Anforderung die größere Einfachheit wider, mit der Glukose im Vergleich zu Laktose metabolisiert werden kann.
