Abstract
Biochemical consequence of the accumulation in cells of superoxide $(O^{-}_{2})$ which was proposed to be probably a common chemical factor in the secondary process of the mechanism of chilling injury as well as in the visible light photodamage in cells of higher plants, has been investigated in the present work. Especially focused was the destructive effect of $O^{-}_{2}$ on the biochemical activity of mitochondria, as informations which support the suggestion that mitochondrial inner membrane is the major site of $O^{-}_{2}$ production have been collected. Mitochondria and submitochondrial particles (SMP) were prepared from soybean hypocotyls for this case study. When SMP were treated with the electrolytically produced $O^{-}_{2}$ they suffered not only inhibition of the membrane-bound enzymes as demonstrated by cytochrome c oxidase, but also lipid peroxidation of membrane as proved by malondialdehyde production. Malate dehydrogenase present in the protein extract from mitochondrial matrix was also inhibited by the $O^{-}_{2}$ treatment. These results exhibited the chaotic effect of the overproduction and accumulation of $O^{-}_{2}$ in cells under a certain abnormal circumstance such as environmental stress on the physiological function of mitochondrial; disruption of the cellular metabolic pathways and the structural integrity of membrane.
soybean hypocotyl에서 분리한 미토콘드리아로부터 submitochondrial particles와 matrix 단백질 추출액을 준비하고 전기분해법으로 제조한 superoxide를 처리하여 malate dehydrogenase 및 cytochrome C oxidase의 불활성화와 mitochondrial membrane의 과산화를 각각 조사하였다. 막에 결합되어 있는 cytochrome C oxidase나 수용액상태의 malate dehydrogenas는 모두 $O^{-}_{2}$에 대해 매우 민감하게 불활성화되었다. 즉 dismutation 반응이 빠르게 진행되어 실질적으로 효소의 불활성화에 기여하게 될 농도는 대단히 낮을 것으로 추정되는 $O^{-}_{2}$의 명목상 처리농도 1.4mM 전후에서 두 효소는 그 활성을 완전히 상실하였다. 한편 malondialdehyde의 생성을 지표로 하여 측정된 membrane 과산화는 인지질로서만 이루어진 liposome의 경우보다는 다소 낮은 수준이었으나 무시할 수는 없는 정도였다. mitochondrial membrane의 과산화가 상대적으로 억제된 것은 막에 결합되어 있는 항산화제 및 단백질들에 의한 $O^{-}_{2}$소거효과에 기인하였으리라 해석된다. 식물 미토콘드리아의 대표적인 대사과정인 TCA cycle과 호흡전자전달반응의 성분효소들인 malate dehydrogenase와 cytochrome C oxidase가 불활성화되었고 membrane이 과산화 되었다는 사실은, 식물의 냉해와 광피해 발현기작에서 공히공통적인 화학적 인자로 인정되는 $O^{-}_{2}$의 과잉생성 및 축적이 그것의 주 생성처인 미토콘드리아의 생화학적 기능과 구조에 미칠수 있는 파괴적 효과를 적절히 지시하는 것이다.