Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Proteina Attivatore di Cataboliti


Molecola del Mese di Dicembre 2003

Golosi di dolci
I batteri amano lo zucchero. In particolare, i batteri amano il glucosio che è facilmente digeribile e può essere rapidamente trasformato in energia chimica. Quando il glucosio è abbondante, i batteri ignorano gli altri alimenti che si trovano nel loro ambiente e si nutrono solo con il loro cibo favorito. Ma, quando il glucosio scarseggia, cambiano atteggiamento e mettono in moto gli strumenti necessari per utilizzare altre fonti di energia.











Messaggero Secondario
I batteri usano un'insolita forma modificata di ATP, la molecola che porta energia chimica nella cellula, per informare il loro apparato sintetico di quello che stanno mangiando in quel momento. Quando i livelli di glucosio scendono, viene attivata la adenil ciclasi, un enzima che si trova sulla superficie della cellula. Questo enzima afferra le molecole di ATP, taglia via due fosfati, e riconnette la parte terminale libera del fosfato rimasto con l'OH in posizione 3' sulla molecola, creando un nuovo anello a 6 atomi, come si vede nell'immagine qui a destra (file PDB cAMP). Questo prodotto, chiamato AMP ciclico, viene rilasciato e diffonde attraverso la cellula, stimolando la produzione degli enzimi che trasformano molecole di cibo diverse dal glucosio. A causa del suo ruolo nel trasportare messaggi dal sensore di glucosio primario (adenil ciclasi) all'apparato sintetico, l'AMP ciclico è noto come messaggero secondario.

Leggere il Messaggio
La proteina attivatore di cataboliti (CAP), anche nota come proteina recettore dell'AMP ciclico (CRP), è attivata dall'AMP ciclico e stimola la sintesi degli enzimi che degradano molecole nutrienti diverse dal glucosio. È composta di due subunità identiche, mostrate in blu nell'immagine in cima alla pagina (file PDB 1cgp). Quando l'AMP ciclico (magenta) si lega, fa cambiare leggermente la conformazione della proteina, rendendola perfetta per legarsi al DNA (rosso). La CAP si lega ad una specifica sequenza di DNA che si trova vicino ai geni che vengono attivati. Come vedremo più sotto, quando la CAP si lega al DNA, induce la RNA polimerasi a legarsi in quel luogo e a cominciare la trascrizione.

Trovare un Appiglio
La CAP è piuttosto rude quando si lega al DNA: lo afferra e lo piega di circa 90 gradi. Questa non è una piegatura leggera. Poichè il DNA è una doppia elica con due scanalature che scorrono a spirale lungo la catena, si piega più facilmente in alcune direzioni. La CAP piega il DNA più nettamente nelle due posizioni dove le alfa eliche della proteina toccano la scanalatura principale del DNA che è comprimibile.

CAP in Azione
La CAP attrae la RNA polimerasi (mdm 4-2003) sul DNA, stimolando la trascrizione dei geni che si trovano vicino a quel punto. La RNA polimerasi (gialla, file PDB 1iw7) all'estremità superiore presenta due subunità (verdi) che interagiscono con la CAP. Queste subunità sono composte di due parti connesse da un braccio flessibile, mostrato con piccoli punti verdi. In questa struttura (file PDB 1iw7) si può vedere solo metà di ognuna di queste subunità. Mentre il file PDB 1lb2 contiene le altre parti di queste subunità della RNA polimerasi, legate strettamente alla CAP. Nella figura qui a lato, la CAP è mostrata in alto (blu) ed è legata ad un piccolo pezzo di DNA (rosso). Naturalmente, nelle cellule questo DNA, fa parte di una lunga catena. Le braccia flessibili permettono alla RNA polimerasi di raggiungere le regioni vicine del DNA e di iniziare la trascrizione.























Esplorando la Struttura
La CAP riconosce una specifica sequenza di DNA, legandosi solamente a speciali siti vicino ai geni coinvolti nella produzione di energia. Il riconoscimento è dovuto a interazioni tra amminoacidi della CAP e basi del DNA nella scanalatura principale. Nella figura qui a destra (file PDB 1cgp) si vedono due arginine (180 e 185) ed un acido glutammico (181) della CAP che arrivano a sfiorare le basi del DNA formando specifici legami idrogeno (trattini verdi). Osservate anche al centro la grande curvatura nel DNA in corrispondenza del paio di basi timina-adenina . La CAP interagisce anche con molti gruppi fosfato nella catena principale del DNA, rinforzando così il suo legame. Il DNA illustrato qui ha un'interruzione in un punto chiave della catena principale (asterisco). Se volete, potete vedere come la CAP interagisce con questo sito esaminando un'altra struttura nel file PDB 1j59.











Bibliografia
A. Kolb, S. Busby, H. Buc, S. Garges and S. Adhya (1993): Transcriptional regulation by cAMP and its receptor protein. Annual Review of Biochemistry 62, pp. 749-795.

S. Busby and R. H. Ebright (1999): Transcription activation by catabolite activator protein. Journal of Molecular Biology 293, pp. 199-213.