Concetti Chiave
- Escherichia coli utilizza preferenzialmente il glucosio rispetto al lattosio, con trascrizione continua e rapida dei geni per l'enzima che demolisce il glucosio.
- Le proteine attivatrici, come la proteina CAP, attivano la trascrizione degli operoni nei procarioti, facilitando l'unione dell'RNA polimerasi al promotore.
- Il promotore dell'operone lattosio ha una bassa affinità per l'RNA polimerasi, ma il legame della proteina CAP migliora questa interazione.
- La proteina CAP richiede il legame con cAMP, che aumenta quando i livelli di glucosio sono bassi, per attivare la trascrizione dell'operone lattosio.
- La curvatura della doppia elica indotta dalla proteina CAP aumenta l'affinità del promotore per l'RNA polimerasi, facilitando l'inizio della trascrizione solo in presenza di lattosio e bassa disponibilità di glucosio.
Preferenza di Escherichia coli
In presenza sia di glucosio sia di lattosio, Escherichia coli utilizza in maniera preferenziale il glucosio. La trascrizione dei geni che codificano per gli enzimi che demoliscono il glucosio avviene senza sosta e molto velocemente; si tratta infatti di geni costitutivi. La trascrizione dell’operone lattosio, invece, avviene di rado e solo in assenza di glucosio.
Ruolo delle proteine attivatrici
I procarioti sono dotati di specifiche proteine, le proteine attivatrici, in grado di agire sugli operoni attivando la trascrizione. Il promotore dell’operone lattosio ha una scarsa affinità per la RNA polimerasi, anche quando la proteina repressore è inattivata. Adiacente al promotore, però, è presente una sequenza di DNA che rappresenta il sito di legame per una proteina attivatrice, la proteina CAP (Proteina Attivatrice del Catabolita); questo legame favorisce l’unione dell’RNA polimerasi con il promotore. La proteina CAP per funzionare deve a sua volta legarsi a una piccola molecola che funge da coltivatore, l’adenosina monofosfato ciclico o AMP ciclico (camp). Quando le cellule si impoveriscono di glucosio, le quantità di cAMP aumentano. Il cAMP si lega alla proteina CAP, che risulta attivata, si localizza nel sito vicino al promotore e stimola la trascrizione dell’operone.
Meccanismo di attivazione del CAP
Quando la proteina CAP attiva giunge al suo sito di legame, provoca una curvatura della doppia elica che aumenta l’affinità del promotore con l’RNA polimerasi, permettendo all’enzima di legarsi saldamente al DNA e dare inizio alla trascrizione. Quindi questo tipo di regolazione positiva fa sì che l’operone raggiunga la sua completa attivazione solo quando è presente lattosio, ma i livelli intracellulari di glucosio sono bassi. Questo perché la scarsità di glucosio determina l’aumento di cAMP, con conseguente attivazione della proteina CAP, che legandosi a monte dell’operone favorisce il legame tra promotore e RNA polimerasi.
Domande da interrogazione
- Perché Escherichia coli preferisce il glucosio al lattosio?
- Qual è il ruolo della proteina CAP nell'attivazione dell'operone lattosio?
- Come avviene l'attivazione della proteina CAP?
Escherichia coli utilizza preferenzialmente il glucosio in presenza di entrambi i zuccheri, poiché la trascrizione dei geni per gli enzimi che demoliscono il glucosio avviene rapidamente e senza sosta, mentre l'operone lattosio si attiva raramente e solo in assenza di glucosio.
La proteina CAP agisce come attivatore della trascrizione legandosi a una sequenza di DNA adiacente al promotore dell'operone lattosio, aumentando l'affinità del promotore per l'RNA polimerasi e stimolando così la trascrizione quando i livelli di glucosio sono bassi.
La proteina CAP si attiva legandosi all'adenosina monofosfato ciclico (cAMP), che aumenta quando le cellule sono povere di glucosio. Una volta attivata, CAP si lega al promotore, favorendo l'unione dell'RNA polimerasi e avviando la trascrizione dell'operone lattosio.
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