Abstract
For understanding physiological nature of phototaxis in Synechocystis sp. PCC 6803 PTX(S. 6803 PTX), we examined the effects of some metabolic inhibitors and cation ionophore on the phototactic movement. In the presence of DCMU, which blocks the photosynthetic electron transport just after photosystem II acceptor, there was no inhibitory effect on the phototaxis up to $100\;\mu\textrm{M}$. Instead, the respiratory electron chain inhibitor such as sodium azide dramatically impaired the phototaxis in S. 6803 PTX. These observations indicate that the phototaxis is linked not to photo-phosphorylation, but to respiratory phosphorylation. When the cells were treated with un couplers such as CCCP or DNP, which dissipate the electrochemical gradient of proton($\Delta\mu_{H}+$) across the cytoplasmic membrane, these chemicals did not affect phototaxis. In contrast, when cells were treated with DCCD or NBD which deprive cells of A TP but leave $\Delta\mu_{H}+$ intact across the membrane, the phototactic movement was severly reduced. These results imply that ATP production, not proton motive force, is involved in the phototactic movement in this organism as a driving motive force. The application of specific calcium ionophore A23187 strongly impaired positive phototaxis. Calcium fluxes should be engaged in the sensory trans-duction of phototactic orientation. Finally, when ethionine was supplimented to culture media, the photomovement of this organism was inhibited. This implies that methylation/demethylation mechanism controls the process of phototaxis in S. 6803 PTX like chemotaxis in E. coli and Salmonella typhimurium.murium.
최근에 Synechocystis sp. PCC 6803 중에 한 균주가 고체 한천 배지상에서 일정한 조명(300-1000 lux) 방향을 따라 활주 운동하는 것을 관찰하여 이 종을 S. 6803 PTX라고 명명하고 이의 주광성 운동에 대한 생리학적 특징을 이해하기 위하여 몇 가지 대사 억제제와 신호 전달 차단제의 주광성 운동에 미치는 효과를 조사하였다. DCMU는 광계 II로부터 광계 I의 일차 전자 수용체인 플라스토퀴논으로의 비순환성 광합성 전자전달을 억제하는 억제자로서 $100\;\mu\textrm{M}$의 농도에서는 주광성 운동을 억제하지 못하였다. 그러나 호흡에 의한 전자전달 억제제인 sodium azide를 처리하였을 경우에는 S. 6803 PTX에서 심하게 장해를 받았다. 이러한 관찰 결과는 주광성 운동의 주동력원이 광인산화 과정보다는 호흡에 의한 산화적인 인산화과정에 주로 연관되어 있음을 보여주었다. 또한, 세포를 CCCP나 DNP와 같은 막상의 uncoupler를 처리하였을 때, 세포내 ATP 농도를 저하시키거나 세포질막에 수소 이온의 전기화학구배($\Delta\mu_{H}+$)를 제거시키나, 이러한 화합물들은 주광성 운동에 뚜렷한 영향은 주지 못하였다. 이러한 결과와는 달리, H+-F0F1 ATPase에 민감하게 억제 작용을 나타내는 DCCD나 NBD의 처리는 세포내 ATP만 고갈시키고 막상에서 $\Delta\mu_{H}+$는 그대로 유지시키는 작용을 하는데, 이러한 DCCD나 NBD는 주광성 운동에 대해서는 심하게 억제 현상을 나타내었다. 또한, 특이성 calcium ionophore 중의 하나인 A23187의 처리는 양성 주광성에 심하게 장해를 주었다. 아마도 Ca2+ 유동은 주광운동 방향성의 신호전달 과정에 중요하게 관련되어 있는 것으로 나타났다. 마지막으로 S-adenosyl methionine과 같은 메틸 공여체의 고갈이 S. 6803 PTX 균주의 주광성 반응에 영향을 주는지를 알아보기 위하여 에티오닌을 BG11을 한천 배지에 첨가하였다. 이 생물종의 광운동은 에티오닌의 농도가 증가됨에 따라 일정하게 억제되다가 0.5mM에서 주광성 운동을 완전히 억제시켰다. 이것은 광수용 기작이 Escherichia coil나 Salmonella typhimurium에서 발견된 메틸기 수용 주화성 단백질과 같은 메틸화/탈메틸화 과정에 의하여 조절될 가능성을 보여주고 있음을 의미한다.